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Dispositif de compression ou de détente d'un fluide.
L'invention concerne un dispositif de compression ou'de détente d'un fluide, muni d'au moins un cylindre dans lequel se déplaça un piston pour modifier le volume d'une enceinte active.
Ce dispositif comprend en outre un dispositif permettant de régler les variations de volume relatives de l'enceinte active, par un réglage du volume nuisible.
Des dispositifs de ce genre sont par exemple les com- presseurs, les machines à détente, les machines frigoriques à gaz froide les moteurs à piston à gaz chaud, etc. Dans ces machines il est souvent nécessaire de pouvoir régler le débit, le degré de détente, la production de froid ou la puissance fournie, Une manière connue pour régler ces grandeurs est l'adjonction d'espace nuisible.
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Lesr dispositifs connus, mmia d'un dispositif p<N1"' l'ad- $on tiIn d'espace nuisible sont cependant tous assez compliqua et oumortent un grand nombre de pièces mobiles-y ce qui aupente le. risque du fuites et d'infiltration d'1mpT.u'.úa dans l'enceinte a;,ti;ry ttinvention obvie à ces inconvénients} elle est carte- t0riéo par le fait que le piston appelé à 1er If glume de l'enceinte active est en contact, par sa sur ":,)}1pCtsée à ladite on;1.ntoJ avec une colonne de liquide contenue dans le cylindre et nico es. contaot, à son tour, avec = second piston accouplé mécml- q\K':1:.:';,\;:' ::\'1.1 m&o.n1mne deNtr&îaeneKt, et au moins le joint entre le prúm1.1' pist4n et la paroi du cylindre est torant par une ou plu- cleu:,p mcmbranc:
1 enroulees dont chacune est en contact, par au moins une ourtacie avec. du U.1114e alors qi* des dispositifs de réglage
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sont prives pour maintenir, au moins par course de piston, une
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pt't>tilo:'1 pratiquementconstante, de sens 1n.v8r1ble, sur chacune de ces Meïabyeaes. enroulées,, 1-*enceînte formée entre les deux pistons, ! dans laquelle se trouve la colonne de liquide,. étant munie deune amcn6a et d'une évacuation de liquide permettant de modifier la quon t.1té de liquide dirts cette enceinte.
L"lntrodut1on d'une quantité plus ou moins grande de
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liquide dans, l'enceinte formée entre les deux pistons permet de
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codifia I$ëcartement de ces pistons* Fait étonnante sans modifier la!
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des doux pistons, on peut déplacer le trajet de la course du
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wdlfîunt lu volum de l'enceinte active. On obtient ainsi J1: ,,:rJ.toÍi:> utr&men nt simple par Ifad3onc'tion d'espace nuisible, tout en "11ntenant une construction compacte et robuste du dispo-
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ttLtif* Un autre avantage du dispositif conforme à l'invention ! r6:z1do dsas le fait que l'utilisation d'une membrane enroulée permet ±0btt.m1:t me obturation parfaite 4e luoe1a;be active.
Du lubri- ;tiàxB%.oG d1autres impuretés ne St'.\11!'a1.ent parvenir, le long du piston,'
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dans l'enceinte active..
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Un étayage liquide pour la membrane enroulée permet
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d'utiliser des pressions élevées dans l'enceinte active, sans affec- ter la durée de vie de la membrane, ceci controversement aux constructions connues utilisant de telles membranes.
L'utilisation d'une membrane enroulée pour le joint per- met au piston une course assez longue, plusieurs fois plus longue que celle admissible dans les compresseurs à membrane connus.
Les dispositifs connus du genre mentionné présentent des inconvénients en ce qui concerne le refroidissement du piston. Le dispositif conforme à l'invention y obvie par un renouvellement régulier du liquide se tropvant entre les deux pistons. Ce rivage évacue la chaleur du piston modifiant 1 enceinte active. On obtient , ainsi un refroidissement particulièrement efficace de ce piston et, : partante de la membrane enroulée, dont une grande partie de la surface s'applique contre le piston. Cet agencement assure une longue durée de vie à la membrane enroulée.
Comme il a déjà été mentionné, un dispositif de réglage maintient une pression pratiquement constante sur la membrane, afin de maintenir celle-ci tendue. Suivant la position de cette membrane, la pression du liquide d'étayage sera supérieure ou inférieure à celle dans l'enceinte active. Dans le cas d'une membrane enroulée dont la surface concave est tournée vers l'enceinte active, il faut que la pression du liquide soit inférieure à celle dans l'enceinte active. Cela implique que des pressions d'environ 1 atm. ne peuvent pas être admises dans l'enceinte active. Surtout dans le cas de compresseurs il est souvent nécessaire d'aspirer du fluide dans l'enceinte active à une pression inférieure à la pression atmosphé- rique.
A effet, dans une forme de réalisation avantageuse d'un @@positi conforme à l'invention réalisé comme compresseur, la membrane enroulée, dont un côté contribue à limiter l'enceinte active, est tournée par sa surface concave vers cette enceinte.
Selon une autre forme de réalisation du dispositif conforme à l'in- vention, dans laquelle on n'utilise pour l'obturation qu'une seule
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membrane enroulée, le piston modifiant le volume de l'enceinte acti- ve coopère avec un ou plusieurs organes élastiques qui exercent sur , ces pistons des forces dirigées vers la colonne de liquide.
Quand la membrane enroulée est tournée par sa surface convexe vers l'enceinte active, la pression dans le liquide d'étayage sera toujours supérieure à la pression dans l'enceinte active. La pression dans l'enceinte active peut donc sans inconvénients être basse.
Une membrane enroulée dont la surface convexe est tour- née vers l'enceinte active offre l'avantage que seule une petite partie de sa surface est toujours en contact avec le fluide contenu dans l'enceinte active. Lors du déplacement du piston, la membrane se déroule le long des parois du piston et du cylindre, de sorte que continuellement une autre partie de la membrane vient en contact avec le fluide contenu dans l'enceinte active.
C'est là un sérieux avantage, surtout dans les compresseurs dans lesquels le fluide peut atteindre une température très élevée. La partie de la membrane qui, à un moment donné, est en contact avec du fluide très chaud, s'applique le moment d'âpres contre la paroi refroidie du piston ou du cylindre et lui cède sa chaleur. On empêche ainsi un échauffe-! ment exagéré de la membrane enroulée.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse d'un dispositif conforme à l'invention, le piston modifiant le volume de l'enceinte active forme sous la membrane enroulée une enceinte sépa- rée de la colonne de liquide qui se trouve entre les deux pistons, le tout de façon que grâce uniquement à la forme des parois conju- - guées, le volume de cette enceinte ne varie pas lors du déplacement du piston et un dispositif de réglage, raccordé à cette enceinte, fait en sorte que la pression du liquide dans l'enceinte séparée diffère, au moins par course de piston, d'un montant pratiquement constant de la pression dans l'enceinte, active.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dispo- sitif conforme à l'invention on a ménagé entre le piston pouvant
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modifier le volume de l'enceinte @ctive et la paroi du cylindre une fente dans laquelle est disposée, comme organe d'obturation, une membrane enroulée dont une surface limite entre autres l'enceinte active et dont l'autre surface s'applique contre la colonne de liqui- de comprise entre les deux pistons, le tout de façon qu'un ou plusieurs organes élastiques exercent, sur le piston pouvant modifier le volume de l'enceinte active, des forces telles qu'il se produit sur la membrane enroulée une pression dirigée vers la surface con- vexe, alors qu'un dispositif de réglage maintient constante,
au moins par course de piston, la pression agissant sur ladite mem- brane.
Dans une autre forme de réalisation de ce dispositif, les parois conjuguées du second piston et du cylindre ont une forme étagée, telle que les surfaces annulaires ainsi formées soient égales. Le volume compris entre les deux pistons reste alors constant lors du déplacement de ces pistons, sans que la membrane subisse une variationde longueur.
Dans une autre forme du dispositif conforme à l'inven- tien, deux membranes enroulées sont disposées dans la fente comprise entre le premier piston et la paroi du cylindre, l'espace compris entre ces deux membranes étant également rempli de liquide alors qu'un dispositif de réglage fait en sorte que la pression dans le liquide entre les deux membranes diffère continuellement d'un mon- tant constant de la pression régnant dans l'enceinte active.
Selon une autre forme de réalisation avantageuse, le dis- positif conforme à l'invention est réalisé comme compresseur à au moins deux cylindres et l'ouverture d'évacuation du premier cylin- dre communique par une canalisation avec l'ouverture d'admission du second cylindre.
Ce dispositif est caractérisé par le fait que dans le premier cylindre le joint entre le piston modifiant le . volume de l'enceinte active et la paroi du cylindre est formé par au,moins une mombrane enroulée dont la surface convexe est tournée vers l'enceinte sctive, alors que dans le second cylindre le joint entre le piston modifiant le volume de l'enceinte de compression et
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,la paroi -du cylindre est tormtS par au ooins une membrane enroula dont la surface concave est tournée vers l'enceinte active, le tout.
de façon que l'enceinte formée au-dessous de la membrane dans le premier cylindre et celle formée au-dessous de la membrane dans le second cylindre communiquent par une étroite canalisation, alors
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quelm dispositif de réglage, raccordd à ces deux enceintes, main- 'G1ùnt dans celles-ci une même pression actenzae, qui est supérieure à la pression moyenne dans 1,'eneeinte de compree 4 du premier cylindre et inférieure à, la pression moyenne dans l'enceinte de comprossion du second cylindre.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dis- positif conforme l'invention comportant deux enceintes actives dans un seul cylindre, un piston à double effet multiple est ac-
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couplé à un mécanisme deentrainement, piston dont chacune des sur- faces est en contact avec une colonne de liquide, dont le côté opposa audit piston est en contact avec.un second piston, ceux deux pistons pouvant modifier chacun le volume d'une des enceintes actives, le joint entre les seconds pistons et la paroi du cylindre étant formé par une ou plusieurs membranes enroulées,
alors que des moyens sont prévus pour maintenir une pression pratiquement constan- te sur lesdites membranes et que l'enceinte se trouvant entre chacun des seconds pistons et le piston accouplé au mécanisme d'en-
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sn 9..f'F' "si't" munie d'unê aID9nÓe et d'une évacuation de liquide permettant de modifier la quantité de liquide dans chacune de ces enenistet.
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0:1 obtient ainsi un d13positif à double effet, facile- àaiit r.Églzbà,i> iilQl' glàbl<6, La description du dessin annexa donné à titre d'exemple non 1mitat1f, fera bien coMprendre coroment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin, faisant, bien entendu, partie de l'invention.
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:","'1' "".,.,""'''+. ,\ 1 , ,;.;;K , ,r principe de :. ''':'.'4f'*.''' :>ptltê '* ' . principe l'in'rèl1t!CJn. -
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La Fig. 2 à 5 représentent schématiquement quelques dis- positifs conformes à l'invention, réalisés comme des compresseurs.
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....;;, , '.^r,', ,,'f>,,:'.:E'.;'t3K;'t3.;'L'3tô;.c:z Ci:2"i'..i,4'' tb5i':i';sG." deux, â?.tvu '.'.'.. ...i .. " fii$4ilJ"" La fig. 7 représente schématiquement une machine frigo- ) rifique à gaz froid.
La tige 8 représente schématiquement un dispositif à double effet, double effet. sur la fig. 1, deux pistons 2 et 3 peuvent se déplacer Sur la fig. 1; deux pistons ?. et, 3 peuvent se déplacer dans un cylindre 1. Le piston 3 est accouplé, à la manivelle 5, par une bielle 4. Le joint pntre :le cylindre 1 et le piston 2 est formé par une membrane enroulée 6. Au -dessus du piston 2 se trouve une enceinte active W et entre les pistons 2 et 3 une enceinte V, qui est remplie de liquide et à laquelle sont raccordées une amenée de liquide 7-et une évaouation de liquide 8. Dans la réalisation selon la fig. la, la surface convexe de la membrane 6 est tournée vers l'enceinte W, tandis que, sur la fig. lb, la surface concave de la membrane est tournée vers cette enceinte. Cela n'influence pas le principe du réglage.
Lors du fonctionnement, le piston 3 se déplace entre ses positions extrêmes P.M.1.3 et P.M.S.3 comme il est indiqué sur la figure. Le piston a donc une course S. Quand la hauteur de la colonne de liquide dans l'enceinte V a une valeur h1, ce piston se déplace entre ses positions extrêmes indiquées sur la figure par P.M.I. (h1) et P.M.S.(h1). La course de ce piston est donc maintenant S1, c'est-à-dire pratiquement égale à la course S du piston 3.
Pour jonction d'espace nuisible, du liquide.est évacué de l'enceinte par l'intermédiaire de l'évacuation 8. La hauteur de la colonne de liquide dans l'enceinte V est alors égale à h. Comme l'indique la figure, le piston 2 se déplace alors entre ses positions extrêmes P.M.I. (h2) et P.M.S.(h2). Le piston 2 effectue ainsi une course S2. Cette course S2 est exactement égale à la course S1, c'est-à-dire que la longueur de la course n'est pas modifiée.
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Cependant, le trajet de la course est déplacé quelque peu vers le bas. Cela implique que l'espace nuisible est agrandi. Pour le réduire, il faut introduire une plus grande quantité de liquide dans l'enceinte V par l'amenée 7, de sorte que la hauteur de la colonne de liquide augmente et que le trajet de la course est déplacé quelque peu vers le haut.
La fig. 2 représente un compresseur comportant un cylin- dre 21, dans lequel peuvent se déplacer deux pistons 22 et 23. Le joint entre le piston 22 et le cylindre 21 est formé par une mem- brane enroulée 26. Le piston 23 est accouplé à une manivelle 25 par une bielle 24. Le cylindre 21 est entouré d'une chemise d'eau 29, à laquelle sont raccordées une amenée 30 et une évacuation 31. L'en- ceinte de compression W communique, par une soupape d'admission 32, avec un tuyau d'amenée de fluide 33 et par une soupape d'admission 34 avec un tuyau d'évacuation de fluide 35. L'évacuation 35 débou- che dans une enceinte-tampon 36, L'enceinte V comprise entre les pistons 22 et 23 est remplie de liquide.
A ces enceintes est raccor-, dé un tuyau d'amenée de liquide 37, dont l'autre extrémité est raccordée à une pompe à liquide 38. A l'enceinte V est raccordé en outre un tuyau d'évacuation de liquide 39, débouchant dans le dispo- sitif de réglage 40. Le piston 22 est muni d'une tige de guidage 41 qu'entoure un ressort de pression 42, de aorte que le piston 22 est appliqué contre le liquide contenu dans l'enceinte V. De plus, le dispositif comporte une soupape de réglage 43, qui détermine la hauteur. maximale de la colonne de liquide dans l'enceinte V.
Le dispositif de réglage 40 comporte une soupape 44, qui peut obturer le tuyau d'évacuation d'huile 39. La soupape 44 est reliée à une membrane 45. L'espace se trouvant à droite de cette membrane communique, par l'intermédiaire du tuyau 46, avec l'encein- te V. De plus, un ressort de pression 47 agit sur le c8té droit de cette membrane. L'espace se trouvant du côté gauche de cette mem- brane 45 communique avec l'enceinte V par un tuyau étroit 48 et le tuyau 39. La même pression moyenne agit donc sur la membrane 45 et sur la membrane enroulée 26. Le ressort de compression 47 est choisi
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tel que cette pression puisse atteindre quelques atmosphères, avant que la 3oupape 43 s'ouvre.
Le dispositif de réglage 40 comporte une seconde soupape 50, reliée à une membrane 51. L'espace 52, à droite de la membrane 51, communique par un tuyau 53 avec le réservoir tampon 26. Du c8té gauche, un ressort 54, éventuellement réglable, agit sur la membrane 51.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante. La pom- pe à huile 38 amène, par le tuyau 37, de l'huile à l'enceinte V. De ce fait l'écartement entre les pistons 22 et 23 augmente continuel- lement. La soupape 43 suit l'ascension du piston 22 jusqu'au moment où elle bute du côté inférieur, contre le piston 23. Alors que le piston 22 poursuit son ascension, la soupape 43 ne s'applique plus contre la surface inférieure de celui-ci, de sorte que l'huile peut refluer, par la soupape 43, vers le carter. Le piston 22 occupe maintenant sa position supérieure. Dans cette position, le volume nuisible est minimal et le débit est maximal.
Le ressort 42 main- tient une différence de pression de quelques atmosphres entre la pression du liquide et celle régnant dans l'enceinte active W.
Ainsi la membrane enroulée reste continuellement tendue. Même dans la position supérieure, la pompe poursuit son alimentation en li- quide et celui-ci est évacué de l'enceinte V par la soupape 43. On obtient donc un rinçage constant de l'enceinte V, ce qui offre un double avantage. On empêche une concentration trop élevée du fluide diffusé à travers la membrane enroulée dans le liquide contenu dans l'enceinte V. De plus, on obtient un refroidissement particu- lièrement efficace du piston 22 et de la membrane enroulée 26.
Quand la pression dans le réservoir-tampon 36 devient trop élevée, le débit du compresseur selon la fig. 1 doit diminuer automatiquement. La pression dans le réservoir-tampon 36 et par conséquent dans l'enceinte 52 devenant,trop élevée, la membrane 51 est déplacée vers la gauche contre l'action du ressort 54 et la soupape est soulevée de son siège. En régime normal, la soupape 43 est continuellement ouverte. Le liquide peut donc affluer par le
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tuyau 39 et la soupape 50 dans le tuyau de reflux 55. De ce fait, l'écartement entre les pistons 22 et 23 diminue, le volume nuisible augmente et le débit diminue.
La soupape 44 empêche que la différence de pression entre les fluides dans les enceintes V et W ne devienne trop petite.
Quand la différonce de pression devient trop petite, le ressort 46 forme la soupape 44 et empêche ainsi l'évacuatie d'huile de 1$en- cointo v.
Bien que, dans le dispositif selon la fig. 1, la soupape 50 soit réglée automatiquement par la pression régnant dans le récipiont 36, on peut également la régler manuellement, ou en fonc- tion de la valeur d'autres grandeurs.
La fig. 3 représente une autre forme de réalisation d'un. compresseur. Celui-ci comporte un cylindre 101 et deux pistons 102 et 103, dont le dernier est accouplé mécaniquement à un mécanisme d'entraînement, non représenté sur le dessin. Le joint entre le piston 102 et le cylindre 101 est formé par une membrane enroulée 106. Au-dessus du piston 102 se trouve l'encointe active V, qui est munie d'une soupape d'échappement 108 et d'une soupape d'ad- mission 109. L'enceinte V formée entre les pistons 102 et 103 est remplie de liquider on y a raccordé un tuyau d'amenée de liquide 110 et un tuyau d'évacuation de liquide 111.
Le cylindre 101 et le piston 102 sont' étalés, formant ainsi les surfaces annulaires 112 et 119, de même surface. On a donc formé au-dessous de la membrane ; enrobée 106 une encenite 114, qui est séparée de 1'enceinte V.
A cet onceinte 114, qui contient égalemnt un liquide, sont raccor- dés un tuyan d'amenée de liquide 115 et un tuyau d'évacuation 116.
L'évacuation 116 est raccordée à un dispositif de réglage R, qui fait en sorte que la pression dans 1'enceinte 114 dépasse toujours d'un montant constant la pression régnant dans l'enceinte active V.
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Datll,. AU\46ut1on 111, qui esty raccordé à l'enceinte V, est 'iYééàh4àùi%ajiliiaàitt%ttiTt .n positif est déterminée par la pression dans le tuyau d'évacuation de fluide. Quand la pression dans le tuyau d évacuation devient trop élevée, la soupape
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117 s'ouvre et le liquide est évacué de l'enceinte V.
De ce fait, l'écartement entre les pi.stons 102 et 103 diminue, de sorte que l'espace nuisible est agrandi; le débit du compresseur diminue et la pression dans le tuyau d'évacuation de fluide baisse, ' '
La fig. 4 représente un compresseur comportant les mêmes pièces principales que les compresseurs selon les figures précéden- tes, mais dans lequel deux membranes enroulées 120 et 121 sont disposées comme joint entre le piston 102 et le cylindre 101. Pour
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le reste, le réglage correspond en1@men à eelpi, selon la 3'ig.9.
Il y a lieu de noter que, dans ce cempresseur, il n'est pas néces- saire que les pistons 102 et 103 sciant reliés entre eux à 'aide
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de ressorts. La press0 di liquide dans 1 enceipéo lY?eq% être égale à celle dans 'en,eeina t. ne pes1n s4rlre n'est main- tenue que dans l'enceinte 123 comprise entre les membranes enrou- lées, afin de maintenir celles-ci tendues. Lorsqu'on utilise des membranes enroulées à surfaces convexes tournées l'une vers l'autre, la pression dans l'enceinte 122 doit évidemment être inférieure à celle régnant dans les enceintes V et W.
La fig. 5 représente une autre forme de réalisation d'un compresseur. Le joint entré le piston 102 et la paroi du cylindre ainsi que le joint entre le piston 103 et ladite paroi du eylindre y sont formés par des membranes enroulées 125 et 126. Entre les pis- tons 102 et 103 sont disposés des éléments élastiques 126, afin d'obtenir la différence de pression requise entre le liquide dans l'enceinte V et le fluide dans l'enceinte W. Pour maintenir une pression constante, cette forme de réalisation requiert un disposi- tif de réglage R tant pour la membrane enroulée 125 que pour la membrane .'oulée 126.
La fige 6 représente deux compresseurs montés en série.
Le premier compresseur A peut être analogue à celui selon la fig.1, tandis que dans le second compresseur B la surface concave, au lieu de la surface convexe de la membrane enroulée 130 est tournée vers l'enceinte V. La membrane enroulée 131 du compresseur A étant tour- née par sa surface convexe vers l'enceinte Wa, la pression du li-
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quide dans l'enceinte Va doit être supérieure à la pression du fluide dans l'enceinte Wa. A cet effet, le ressort 133 est disposé de façon à pouvoir exercer sur le piston 134 des forces dirigées vers le liquide. Dans le compresseur B, la surface concave de la membrane enroulée 130 est tournée vers l'enceinte Wb.
Afin de main- tenir cette membrane tendue, la pression moyenne du liquide dans l'enceinte Vb doit être inférieure à celle du fluide dans l'enceinte Wb. A cet effet les ressorts 135, ici des ressorts de compression, exercent sur le piston 136 des forces opposées au liquide. A titre d'exemple dans le cas d'une pression moyenne de 2 atm. dans l'en- ceinte Wa, une pression moyenne de5 atm. dans l'enceinte Va suffit. pour maintenir tendue la membrane 131. Par contre, dans le cas d'une ! pression moyenne de 8 atm. dans l'enceinte Wb, une pression de 5 atm. dans l'enceinte Vb suffit également pour maintenir tendue la membrane 130.
Cela permet d'utiliser un seul tuyau d'amenée de liquide 138 raccordé à l'enceinte Va et un seul tuyau d'évacuation de liquide 139 raccordé à l'enceinte Vb, tuyau d'évacuation dans lequel est inséré un dispositif de réglage 140 analogue au disposi- tif de réglage 40 de la fig. 1. Les enceintes Va et Vb communiquent : par un tuyau étroit 141.
On obtient ainsi un compresseur à plusieurs étages très simple dont le débit peut être réglé par l'adjonction d'espaces nuisibles.
La fig. 7 représente schématiquement une machine frigori- fique à gaz froid, comportant entre autres un cylindre 200 dans lequel,se trouve un régénérateur 201, un réfrigérant 202 et un congélateur 203. De plus, dans le cylindre 200 se déplacent avec un certain déphasage un piston de compression 204 et un piston de détente 205. Ces pistons sont entraînés d'une manière connue, non représentée sur le dessin. Le piston de compression 204 est en contact, par sa surface opposée à l'enceinte active, avec une colonne de liquide 206, qui à son tour, est en contact avec le piston 207. Le joint entre le piston 204 et le cylindre 200 est formé par une membrane enroulée 208.
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D'une manière analogue le piston de détente est en con- ' tact avec une colonne de liquide 209, qui à son tour est en contact avec un piston 210. Le joint entre le piston 205 et le cylindre 200 est formé par une membrane enroulée 211.
Bien que la figure ne représente qu'une seule forme de réalisation du piston, on peut évidemment utiliser toutes les formes de réalisation représentées sur les figures précédentes.
Le réglage de la pression sur les membranes enroulées 208 et 211 peut s'effectuer de la même manière que selon les figures précédentes et se passe de commentaires.
Le volume nuisible ne peut évidemment pas être réglé en fonction du débit. Dans une telle machine frigorifique à gaz froid, on peut cependant régler en fonction de la température du congéla- teur. Lorsque celle-ci devient trop basse, on agrandit l'espace nuisible en évacuant le liquide de l'enceinte formée entre les pis- tons, de sorte que la production de froid diminue et que la tempé- rature ne baisse plus. Quand la température dans le congélateur est trop élevée, on règle en sens inverse. On obtient ainsi un réglage extrêmement simple d'une machine frigorifique à gaz froid,
La fig. 8 représente un dispositif à double effet. Il comprend un cylindre 300 dans lequel se déplace un piston à double effet 301, dont chacune des deux surfaces est en contact avec une colonne de liquide 302,303.
A l'autre extrémité la colonne 302 est en contact avec le piston 304, qui limite, par sa surface opposée à la colonne de liquide 302, une enceinte active 305. Le joint entre le piston 304 et le cylindre 300 est formé par une membrane enroulée 206. Par sa surface opposée au piston 301, la colonne de liquide 303 ,est en contact avec le piston 307, qui peut modifier le volume d'une enceinte active 308. Le joint entre le piston 307 et le cylindre 300 est formé par une membrane enroulée 309. Le piston 301 est relié par une tige de piston 310 à un mécanisme d'entraînement, non représenté sur le dessin.
Afin de maintenir une pression sur la membrane enroulée 306, un ou plusieurs ressorts de compression 311 agissent sur le
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piston 304, de sorte que la pression de la colonne de liquide 302 est continuellement inférieure à celle régnant dans l'enceinte active 305.
A cet effet, des ressorts de compression 312 sont disposés entre le piston 301 et le piston 307.
Le réglage de la hauteur de chacune des colonnes de li- quide peut s'effectuer de la même manière que dans le dispositif selon la fig. 2. Le dispositif de réglage n'est pa, .présenté sur le dessin.
Le joint entre la tige de piston 310 et le piston 307 peut être formé par un joint torique, une membrane enroulée ou un soufflet. Ce joint n'est pas représenté sur le dessin.
Le dispositif selon cette figure se prête particulière- ment bien à l'utilisation comme compresseur à plusieurs étages.
Dans ce cas, l'enceinte 305 peut être utilisée comme première en- ceinte de compression et l'enceinte 308 comme seconde enceinte de compression.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention permet de réaliser, à l'aide de moyens assez simples, une combinaison com- pacte d'un cylindre muni d'un piston présentant une obturation par- faite et assurant une grande sécurité de fonctionnement pour des compresseurs, des machines à détente et des machines à piston à gaz chaud etc., dont le réglage s'effectue par l'adjonction d'espace nuisible.
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Device for compressing or expanding a fluid.
The invention relates to a device for compressing or expanding a fluid, provided with at least one cylinder in which a piston moves to modify the volume of an active enclosure.
This device further comprises a device for adjusting the relative volume variations of the active speaker, by adjusting the harmful volume.
Devices of this kind are, for example, compressors, expansion machines, cold gas refrigeration machines, hot gas piston engines, etc. In these machines it is often necessary to be able to adjust the flow rate, the degree of expansion, the production of cold or the power supplied. A known way of adjusting these quantities is the addition of harmful space.
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The known devices, even a device p <N1 "'the addition of harmful space are however all quite complicated and kill a large number of moving parts which increases the risk of leakage and damage. 'infiltration of 1mpT.u'.úa in the enclosure a;, ti; ry ttinvention obviates these drawbacks} it is carte-t0riéo by the fact that the piston called on 1st glume of the active enclosure is in contact , by its on ":,)} 1pCtsée to said one; 1.ntoJ with a column of liquid contained in the cylinder and nico es. contaot, in turn, with = second coupled piston mecml- q \ K ': 1:.:';, \ ;: ':: \' 1.1 m & o.n1mne deNtr & îaeneKt, and at least the seal between the prúm1.1 ' pist4n and the cylinder wall is torant by one or more:, p mcmbranc:
1 coiled, each of which is in contact, by at least one urtacie with. of the U.1114e then qi * of the adjustment devices
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are private to maintain, at least by piston stroke, a
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pt't> tilo: '1 practically constant, meaning 1n.v8r1ble, on each of these Meïabyeaes. coiled ,, 1- * enclosure formed between the two pistons,! in which the liquid column is located ,. being provided deune amcn6a and a liquid evacuation allowing to modify the quon t.1té liquid dirts this enclosure.
The introduction of a greater or lesser quantity of
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liquid in, the enclosure formed between the two pistons allows
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codified I $ the spacing of these pistons * Surprisingly without modifying the!
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soft pistons, you can move the course of the
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wdlfîunt lu volum of the active speaker. We thus obtain J1: ,,: rJ.toÍi:> very simple by the addition of harmful space, while "11ntaining a compact and robust construction of the device.
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ttLtif * Another advantage of the device according to the invention! r6: z1do dsas the fact that the use of a coiled membrane allows ± 0btt.m1: t me perfect obturation 4th luoe1a; be active.
Some other impurities did not enter the piston along the length of the piston, 'tiàxB% .oG.
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in the active speaker.
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A liquid backing for the coiled membrane allows
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to use high pressures in the active enclosure, without affecting the life of the membrane, this controversially with known constructions using such membranes.
The use of a wound diaphragm for the seal allows the piston to have a fairly long stroke, several times longer than that permissible in known diaphragm compressors.
The known devices of the type mentioned have drawbacks as regards the cooling of the piston. The device according to the invention obviates this by regular renewal of the liquid overflowing between the two pistons. This shore removes heat from the piston modifying 1 active enclosure. Particularly effective cooling is thus obtained for this piston and, therefore, from the wound membrane, a large part of the surface of which is applied against the piston. This arrangement ensures a long life for the coiled membrane.
As has already been mentioned, an adjustment device maintains a practically constant pressure on the membrane, in order to keep the latter taut. Depending on the position of this membrane, the pressure of the support liquid will be higher or lower than that in the active enclosure. In the case of a wound membrane whose concave surface is turned towards the active enclosure, the pressure of the liquid must be lower than that in the active enclosure. This implies that pressures of about 1 atm. cannot be admitted to the active enclosure. Especially in the case of compressors, it is often necessary to suck fluid into the active enclosure at a pressure below atmospheric pressure.
Indeed, in an advantageous embodiment of a positi according to the invention produced as a compressor, the wound membrane, one side of which contributes to limiting the active enclosure, is turned by its concave surface towards this enclosure.
According to another embodiment of the device according to the invention, in which only a single obturation is used for the closure.
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When the membrane is rolled up, the piston modifying the volume of the active enclosure cooperates with one or more elastic members which exert on these pistons forces directed towards the column of liquid.
When the coiled membrane is turned by its convex surface towards the active chamber, the pressure in the support liquid will always be greater than the pressure in the active chamber. The pressure in the active enclosure can therefore be low without disadvantages.
A wound membrane whose convex surface faces the active enclosure offers the advantage that only a small part of its surface is always in contact with the fluid contained in the active enclosure. During movement of the piston, the membrane unwinds along the walls of the piston and the cylinder, so that another part of the membrane continuously comes into contact with the fluid contained in the active enclosure.
This is a serious advantage, especially in compressors where the fluid can reach a very high temperature. The part of the membrane which, at a given moment, is in contact with very hot fluid, applies the bitter moment against the cooled wall of the piston or cylinder and gives it its heat. This prevents overheating! ment exaggerated of the coiled membrane.
In another advantageous embodiment of a device in accordance with the invention, the piston modifying the volume of the active enclosure forms, under the wound membrane, an enclosure separated from the column of liquid which is located between the two pistons, the whole in such a way that thanks only to the shape of the conjugated walls, the volume of this chamber does not vary during the displacement of the piston and an adjusting device, connected to this chamber, ensures that the pressure of the liquid in the separate enclosure differs, at least by piston stroke, by a substantially constant amount of pressure in the active enclosure.
In another advantageous embodiment of the device according to the invention, between the piston capable of
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modify the volume of the active enclosure and the wall of the cylinder a slot in which is arranged, as a closure member, a wound membrane, one surface of which limits, among other things, the active enclosure and the other surface of which is applied against the column of liquid included between the two pistons, the whole in such a way that one or more elastic members exert, on the piston capable of modifying the volume of the active enclosure, forces such as are produced on the coiled membrane pressure directed towards the convex surface, while an adjustment device maintains constant,
at least by piston stroke, the pressure acting on said membrane.
In another embodiment of this device, the mating walls of the second piston and the cylinder have a stepped shape, such that the annular surfaces thus formed are equal. The volume between the two pistons then remains constant during the movement of these pistons, without the membrane undergoing a variation in length.
In another form of the device according to the invention, two wound membranes are arranged in the slot between the first piston and the wall of the cylinder, the space between these two membranes also being filled with liquid while one adjustment device ensures that the pressure in the liquid between the two membranes differs continuously by a constant amount of the pressure prevailing in the active chamber.
According to another advantageous embodiment, the device according to the invention is produced as a compressor with at least two cylinders and the discharge opening of the first cylinder communicates via a pipe with the inlet opening of the cylinder. second cylinder.
This device is characterized by the fact that in the first cylinder the seal between the piston modifying the. volume of the active enclosure and the wall of the cylinder is formed by at least one rolled-up mombrane whose convex surface is turned towards the active enclosure, while in the second cylinder the seal between the piston modifying the volume of the enclosure compression and
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, the wall -du cylinder is tormtS by at least a wound membrane whose concave surface is turned towards the active enclosure, the whole.
so that the enclosure formed below the membrane in the first cylinder and that formed below the membrane in the second cylinder communicate by a narrow pipe, then
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some adjustment device, connected to these two enclosures, maintain in them the same acting pressure, which is greater than the average pressure in 1, the compree enclosure 4 of the first cylinder and less than the average pressure in the second cylinder compression enclosure.
In another advantageous embodiment of the device according to the invention comprising two active enclosures in a single cylinder, a multiple double-acting piston is provided.
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coupled to a drive mechanism, piston each of whose surfaces is in contact with a column of liquid, whose side opposite said piston is in contact with a second piston, those two pistons each being able to modify the volume of one of the enclosures active, the seal between the second pistons and the cylinder wall being formed by one or more wound membranes,
while means are provided for maintaining a practically constant pressure on said membranes and the chamber located between each of the second pistons and the piston coupled to the locking mechanism
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sn 9..f'F '"si't" provided with an aID9nÓe and a liquid evacuation allowing to modify the quantity of liquid in each of these enenistet.
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0: 1 thus obtains a double-acting device, easy to achieve, i> iilQl 'glàbl <6, The description of the appended drawing, given by way of example not 1mitat1f, will clearly understand how the invention can be realized , the peculiarities which emerge both from the text and from the drawing, forming, of course, part of the invention.
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Fig. 2 to 5 schematically represent some devices in accordance with the invention, made as compressors.
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Rod 8 schematically represents a double-acting, double-acting device. in fig. 1, two pistons 2 and 3 can move. In fig. 1; two pistons ?. and, 3 can move in a cylinder 1. The piston 3 is coupled to the crank 5 by a connecting rod 4. The seal enters: the cylinder 1 and the piston 2 is formed by a wound membrane 6. Above the piston 2 is an active enclosure W and between the pistons 2 and 3 an enclosure V, which is filled with liquid and to which are connected a liquid supply 7-and a liquid evaouation 8. In the embodiment according to FIG. 1a, the convex surface of the membrane 6 faces towards the enclosure W, while, in FIG. lb, the concave surface of the membrane is turned towards this enclosure. This does not influence the principle of the adjustment.
During operation, the piston 3 moves between its extreme positions P.M.1.3 and P.M.S.3 as shown in the figure. The piston therefore has a stroke S. When the height of the column of liquid in the enclosure V has a value h1, this piston moves between its extreme positions indicated in the figure by P.M.I. (h1) and P.M.S. (h1). The stroke of this piston is now S1, that is to say practically equal to the stroke S of piston 3.
For junction of harmful space, liquid is evacuated from the enclosure via the evacuation 8. The height of the liquid column in the enclosure V is then equal to h. As shown in the figure, the piston 2 then moves between its extreme positions P.M.I. (h2) and P.M.S. (h2). The piston 2 thus performs a stroke S2. This S2 stroke is exactly equal to the S1 stroke, ie the length of the stroke is not changed.
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However, the course of the race is shifted somewhat downward. This implies that the harmful space is enlarged. To reduce it, it is necessary to introduce a larger quantity of liquid into the enclosure V through the inlet 7, so that the height of the liquid column increases and the path of the stroke is shifted somewhat upwards.
Fig. 2 shows a compressor comprising a cylinder 21, in which two pistons 22 and 23 can move. The seal between the piston 22 and the cylinder 21 is formed by a wound diaphragm 26. The piston 23 is coupled to a crank. 25 by a connecting rod 24. The cylinder 21 is surrounded by a water jacket 29, to which are connected an inlet 30 and an outlet 31. The compression chamber W communicates, by an inlet valve 32, with a fluid supply pipe 33 and by an inlet valve 34 with a fluid discharge pipe 35. The discharge 35 opens into a buffer chamber 36, the chamber V lying between the pistons 22 and 23 is filled with liquid.
To these enclosures is connected, a liquid supply pipe 37, the other end of which is connected to a liquid pump 38. To the enclosure V is further connected a liquid discharge pipe 39, opening out. in the adjustment device 40. The piston 22 is provided with a guide rod 41 surrounded by a pressure spring 42, so that the piston 22 is pressed against the liquid contained in the chamber V. In addition , the device comprises an adjustment valve 43, which determines the height. maximum of the liquid column in enclosure V.
The adjustment device 40 comprises a valve 44, which can close the oil discharge pipe 39. The valve 44 is connected to a membrane 45. The space to the right of this membrane communicates, via the pipe 46, with enclosure V. In addition, a pressure spring 47 acts on the right side of this membrane. The space on the left side of this membrane 45 communicates with the enclosure V by a narrow pipe 48 and the pipe 39. The same average pressure therefore acts on the membrane 45 and on the wound membrane 26. The spring of compression 47 is chosen
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such that this pressure can reach a few atmospheres, before the valve 43 opens.
The adjustment device 40 comprises a second valve 50, connected to a membrane 51. The space 52, to the right of the membrane 51, communicates by a pipe 53 with the buffer tank 26. On the left side, a spring 54, possibly adjustable , acts on the membrane 51.
The device operates as follows. The oil pump 38 supplies, via the pipe 37, oil to the enclosure V. The distance between the pistons 22 and 23 therefore increases continuously. The valve 43 follows the ascent of the piston 22 until the moment when it abuts on the lower side, against the piston 23. As the piston 22 continues to rise, the valve 43 no longer rests against the lower surface thereof. ci, so that the oil can flow back, through valve 43, to the crankcase. The piston 22 now occupies its upper position. In this position, the harmful volume is minimal and the flow is maximal.
The spring 42 maintains a pressure difference of a few atmospheres between the pressure of the liquid and that prevailing in the active enclosure W.
The wound membrane thus remains continuously stretched. Even in the upper position, the pump continues its supply of liquid and this is discharged from the enclosure V by the valve 43. A constant rinsing of the enclosure V is therefore obtained, which offers a double advantage. An excessively high concentration of the fluid diffused through the wound membrane is prevented in the liquid contained in the enclosure V. In addition, particularly effective cooling of the piston 22 and of the wound membrane 26 is obtained.
When the pressure in the buffer tank 36 becomes too high, the flow rate of the compressor according to FIG. 1 should decrease automatically. The pressure in the buffer tank 36 and consequently in the enclosure 52 becoming too high, the membrane 51 is moved to the left against the action of the spring 54 and the valve is lifted from its seat. In normal operation, the valve 43 is continuously open. The liquid can therefore flow through the
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pipe 39 and the valve 50 in the reflux pipe 55. As a result, the spacing between the pistons 22 and 23 decreases, the harmful volume increases and the flow rate decreases.
The valve 44 prevents the pressure difference between the fluids in the enclosures V and W from becoming too small.
When the pressure differential becomes too small, the spring 46 forms the valve 44 and thus prevents the escape of oil of $ 1 in cointo v.
Although, in the device according to fig. 1, the valve 50 is regulated automatically by the pressure prevailing in the receptacle 36, it can also be adjusted manually, or as a function of the value of other quantities.
Fig. 3 shows another embodiment of a. compressor. This comprises a cylinder 101 and two pistons 102 and 103, the latter of which is mechanically coupled to a drive mechanism, not shown in the drawing. The seal between the piston 102 and the cylinder 101 is formed by a coiled membrane 106. Above the piston 102 is the active seal V, which is provided with an exhaust valve 108 and a relief valve. inlet 109. The enclosure V formed between the pistons 102 and 103 is filled with liquid, a liquid inlet pipe 110 and a liquid outlet pipe 111 have been connected thereto.
The cylinder 101 and the piston 102 are 'spread out, thus forming the annular surfaces 112 and 119, of the same surface. So we formed below the membrane; coated 106 an encenite 114, which is separated from the enclosure V.
To this ounce 114, which also contains a liquid, are connected a liquid inlet pipe 115 and a discharge pipe 116.
The discharge 116 is connected to an adjustment device R, which ensures that the pressure in the enclosure 114 always exceeds by a constant amount the pressure prevailing in the active enclosure V.
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Datll ,. AU \ 46ut1on 111, which is connected to the enclosure V, is the positive iYééàh4àh% ajiliiaàitt% ttiTt .n is determined by the pressure in the fluid discharge pipe. When the pressure in the discharge pipe becomes too high, the valve
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117 opens and the liquid is evacuated from enclosure V.
As a result, the distance between the pi.stons 102 and 103 decreases, so that the harmful space is enlarged; the compressor flow rate decreases and the pressure in the fluid discharge pipe drops, ''
Fig. 4 shows a compressor comprising the same main parts as the compressors according to the preceding figures, but in which two wound membranes 120 and 121 are arranged as a seal between the piston 102 and the cylinder 101. For
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the rest, the setting corresponds en1 @ men to eelpi, according to 3'ig.9.
It should be noted that, in this cempressor, it is not necessary that the sawing pistons 102 and 103 connected together to help
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of springs. The pressure of liquid in 1 enceipéo lY? Eq% be equal to that in 'en, eeina t. only the enclosure 123 is kept between the wound membranes, in order to keep the latter taut. When using coiled membranes with convex surfaces facing one another, the pressure in enclosure 122 must obviously be lower than that prevailing in enclosures V and W.
Fig. 5 shows another embodiment of a compressor. The seal between the piston 102 and the cylinder wall as well as the seal between the piston 103 and said cylinder wall are formed there by wound membranes 125 and 126. Between the pistons 102 and 103 are arranged elastic elements 126, in order to obtain the required pressure difference between the liquid in the enclosure V and the fluid in the enclosure W. To maintain a constant pressure, this embodiment requires an adjustment device R both for the wound membrane 125 as for the .'oulée membrane 126.
Fig. 6 shows two compressors connected in series.
The first compressor A can be similar to that according to fig. 1, while in the second compressor B the concave surface, instead of the convex surface of the coiled membrane 130 is turned towards the enclosure V. The coiled membrane 131 of the compressor A being turned by its convex surface towards the enclosure Wa, the pressure of the
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quide in the chamber Va must be greater than the pressure of the fluid in the chamber Wa. For this purpose, the spring 133 is arranged so as to be able to exert on the piston 134 forces directed towards the liquid. In compressor B, the concave surface of wound membrane 130 faces towards enclosure Wb.
In order to keep this membrane taut, the average pressure of the liquid in the enclosure Vb must be lower than that of the fluid in the enclosure Wb. For this purpose the springs 135, here compression springs, exert on the piston 136 forces opposite to the liquid. By way of example in the case of an average pressure of 2 atm. in the Wa enclosure, an average pressure of 5 atm. in the enclosure Va is enough. to keep the membrane 131 taut. On the other hand, in the case of a! average pressure of 8 atm. in the enclosure Wb, a pressure of 5 atm. in the enclosure Vb is also sufficient to keep the membrane 130 taut.
This makes it possible to use a single liquid supply pipe 138 connected to the chamber Va and a single liquid discharge pipe 139 connected to the chamber Vb, the discharge pipe in which an adjustment device 140 is inserted. analogous to the adjustment device 40 of FIG. 1. The Va and Vb enclosures communicate: by a narrow pipe 141.
A very simple multistage compressor is thus obtained, the flow rate of which can be regulated by the addition of harmful spaces.
Fig. 7 schematically represents a cold gas refrigeration machine, comprising among others a cylinder 200 in which there is a regenerator 201, a refrigerant 202 and a freezer 203. In addition, in the cylinder 200 a piston moves with a certain phase shift. compression 204 and an expansion piston 205. These pistons are driven in a known manner, not shown in the drawing. The compression piston 204 is in contact, through its surface opposite the active enclosure, with a column of liquid 206, which in turn, is in contact with the piston 207. The seal between the piston 204 and the cylinder 200 is formed by a coiled membrane 208.
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Likewise, the expansion piston contacts a column of liquid 209, which in turn contacts a piston 210. The seal between piston 205 and cylinder 200 is formed by a coiled membrane. 211.
Although the figure shows only one embodiment of the piston, it is of course possible to use all the embodiments shown in the preceding figures.
The pressure adjustment on the wound membranes 208 and 211 can be carried out in the same way as according to the preceding figures and speaks for itself.
Obviously, the harmful volume cannot be adjusted according to the flow. In such a cold gas refrigeration machine, however, it is possible to adjust as a function of the temperature of the freezer. When this becomes too low, the harmful space is enlarged by evacuating the liquid from the chamber formed between the pistons, so that the production of cold decreases and the temperature no longer drops. When the temperature in the freezer is too high, adjust in reverse order. An extremely simple adjustment of a cold gas refrigeration machine is thus obtained,
Fig. 8 shows a double-acting device. It comprises a cylinder 300 in which a double-acting piston 301 moves, each of the two surfaces of which is in contact with a column of liquid 302,303.
At the other end the column 302 is in contact with the piston 304, which limits, by its surface opposite to the liquid column 302, an active enclosure 305. The seal between the piston 304 and the cylinder 300 is formed by a membrane. wound 206. By its surface opposite to the piston 301, the liquid column 303 is in contact with the piston 307, which can modify the volume of an active enclosure 308. The seal between the piston 307 and the cylinder 300 is formed by a wound diaphragm 309. The piston 301 is connected by a piston rod 310 to a drive mechanism, not shown in the drawing.
In order to maintain pressure on the wound diaphragm 306, one or more compression springs 311 act on the
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piston 304, so that the pressure of the liquid column 302 is continuously lower than that prevailing in the active enclosure 305.
For this purpose, compression springs 312 are arranged between the piston 301 and the piston 307.
The height of each of the liquid columns can be adjusted in the same way as in the device according to FIG. 2. The adjuster is not shown in the drawing.
The seal between the piston rod 310 and the piston 307 can be formed by an O-ring, a wound membrane or a bellows. This seal is not shown in the drawing.
The device according to this figure is particularly suitable for use as a multistage compressor.
In this case, the enclosure 305 can be used as the first compression enclosure and the enclosure 308 as the second compression enclosure.
As emerges from the foregoing, the invention makes it possible to achieve, using fairly simple means, a compact combination of a cylinder provided with a piston having a perfect seal and ensuring great safety. operation for compressors, expansion machines and hot gas piston machines etc., the adjustment of which is effected by the addition of clearance.