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Dispositif de * pression ou de détente d'un fluide.
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LJ1vnt1 ...,erne un dispositif de compression ou de tte r d'un il.u3,d x - tels dispositifs sont par exemple les #.r:: bzz;.< ttpte e2un flu>,, ". ,ispos1t$ sont par . -t--::'...,..
'/ compresseurs, les machin@@s à détente, les machines frigorifiques à .. gaz froid, les moteurs à piston à gaz chaud etc...
L'invention permet d'améliorer la construction de ces dispositifs.
Le dispositif eonforme à 1$invention comporte au moins . un cylindre dans leque peut se déplacer un piston, qui modifie le volume d'une enceinte @etive et qui est en contact, par sa .
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surface opposée à ladite enceinte, avec une colonne de liquide mise en contact, à son tour, avec un second piston accouplé au mécanisme d'entraînement, alors que le joint entre le premier piston et la paroi du cylindre est formé par une ou plusieurs mem.. branes enroulées dont chacune est en contact, par au moins une sur- face, avec du liquide, alors que des moyens sont prévus pour maintenir, au moins par course de piston, une pression pratique- ment constante sur chacune de ces membranes enroulées,
le premier piston étant muni d'un élément formant chemise s'étendant dans la direction du second piston qui, à son tour, est muni d'un organe d'obturation élastique s'étendant sur.au moins une partie de la dimension axiale du piston le long de la périphérie de celui-ci et d'un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur de la paroi du cylindre, tandis que l'élément formant chemise est d'une longueur telle que quand l'écartement entre les deux pistons atteint la valeur minimale admissible, il déforme l'organe d'obtura- tion de façon à assurer l'obturaticn entre le second piston et la paroi du cylindre.
Le dispositif conforme à l'invention permet d'obtenir une obturation parfaite de l'enceinte active. Du lubrifiant ou'd'au;!- tres impuretés ne sauraient parvenir, le long de piston, dans l'enceinte active.
Dans une construction connue, la membrane enroulée est en,'. contact d'un côté avec du liquide se trouvant dans une enceinte de volume constant pendant le fonctionnement du dispositif. Lorsque,' pour une cause ou autre, la quantité de liquide dans cette enceinte varie, il en résulte une variation de la pression sur la membrane enroulée et partant, un allongement plus ou moins grand de cette . , membrane.
Conformément à l'invention, la membrane enroulée est en contact d'un côté avec une colonne de liquide comprise entre les deux pistons,.alors que des moyens, par exemple des organes élasti-
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ques agissant sur le piston, sont prévus pour maintenir une pres- sion sur ladite membrane.Une variation de la quantité de liquide contenue dans l'enceinte entre les deux pistons ne modifie que l'écartement entre les deux piston:, tandis que la pression agis- sant sur la membrane ne varie pratiquement pas. Il en résulte un allongement de la durée de vie de la membrane.
Un autre avantage de la présence d'une colonne de liquide entre lès deux pistons réside dans le fait qu'on peut modifier l'écartement entre les pistons en modifiant la quantité de liquide.
Il en résulte une variation du volume nuisible de l'enceinte active.
Cela permet de régler le volume nuisible à l'aide de moyens assez simples.
En modifiant. l'écartement entre les deux pistons, la pression sur la membrane variera quelque peu entre des limites étroites. Quand cet écartement dépasse la valeur maximale admissi- ble, un dispositif de réglage permet une évacuation de liquide telle que l'écartement entre les pistons n'augmente plus. Dans le cas d'un écartement trop petit, le dispositif de réglage ferme l'éva- cuation de liquide..Il se peut cependant que le liquide s'écoule le long du second piston. Pour obvier à cet inconvénient, confor- mément à l'invention, le premier piston est muni d'un élément en forme de chemise assurant, au moment où l'écartement minimal admissible entre les deux pistons est atteint, une déformation de l'organe d'obturation relié au second piston telle que cet organe s'applique contre la paroi du cylindre.
On obtient ainsi une obturation efficace entre le second piston et la paroi du cylindre.
Cette construction assure le maintien d'une pression sur la membrane quand le dispositif n'est pas en service. Dans ce dernier cas, les dispositifs assurant l'amenée de liquide à l'en- ceinte comprise entre les deux pistons ne fonctionnent généralement pas non plus, de sorte que la pression sur la membrane pourrait acquérir une valeur inadmissible par suite de fuites de liquide.
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La construction aonfare ,. venion offre encore un autre avantage: en régime une partie du liquide contenu dans l'en-. - : ceinte comprise entre les deux pistons peut s'écouler par la fente comprise entre le second piston et la paroi du cylindre, ce qui - assure une lubrification efficace du piston. Il n'est donc pas nécessaire que le second piston s'adapte rigoureusement dans le cylindre.
Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dis- . positif conforme à l'invention, l'organe d'obturation est formé par une bague torique. ,
Selon une autre forme de réalisation du dispositif con- forme à l'invention, l'organe d'obturation est protégé par un élément annulaire non déformable et coopérant avec l'élément formant chemise.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du . dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Sur la figure, deux pistons 22 et 23 peuvent se déplacer dans un cylindre 21. Le joint entre le cylindre 21 et le piston 22 est formé par une membrane 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 de liquide 30 et une évacuation de liquide 31. L'enceinte de compres- sion 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 débouche dans une enceinte-tampon 36. L'enceinte V, comprise entre les pistons
22 et 23, est remplie de liquide.
A cette enceinte est raccordé un tuyau d'amenée de liquide 37, dont l'autre extrémité est raccor- dée à une pompe à liquide 38. A l'enceinte V est raccordé en outre un tuyau d'évacuation de liquide 39, débouchant dans le dispositif
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de réglage 40. Le piston 22 est muni d'une tige de guidage 41, qu'entoure un ressort de compression 42, de sorte 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 hautèur 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 de liquide 39. La soupape
44 est reliée à une membrane 45. L'espace se trouvant à droite de cette membrane communique, par l'intermédiaire d'un tuyau 46, avec l'enceinte W, De plus, un ressort de compression 47 agit sur le côté droit de cette membrane. L'espace se trouvant du coté gauche de cette membrane 45 communique avec l'enceinte V par un tuyau étroit 48 et .par 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 de façon que cette pression puisse atteindre quelques atmosphères, avant que la soupape 44 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 36. '
Du côté gauche, un ressort 54, éventuellement réglable, agit sur la membrane 51.
Le piston 23 porte une bague torique 56 d'un diamètre extérieur tel qu'en régime normal elle ne touche pas la paroi 21 du cylindre. Au-dessus de cette bague est prévue une plaquette annulaire 57, qui peut être déplacée par rapport au piston 23. Du côté dirigé vers le piston 23, le piston 22 est muni d'un élément formant chemise 58.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante, La pompe à huile amène, par le tuyau 37, de l'huile à l'enceinte V. De ce fait, l'écartement entre les pistons 22 et 23 augmente continuelle- ment. La soupape 43 suit l'ascension du piston 22 jusqu'au moment
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où elle bute, du côté inférieur, contre le piston 23. Quand le piston 22 prosuit son ascension, la soupape 43 ne supplique plus' contre la surface inférieure de celui-ci, de sorte que le liquide peut refluer, par la soupape 43, vers le carter. Le piston 22 'occupe maintenant sa position supérieure, dans laquelle le volume nuisible du'compresseur est minimal et son débit maximal.
Le ressort 42 maintient une différence de pression de quelques atmosphè- res entre la pression du liquide et celle régnant dans enceinte active W. Ainsi la membrane enroulée 26 reste continuellement tendue. Même dans la position supérieure, la pompe poursuit son alimentation en liquide et celui-ci est évacué de 1'enceinte V par la soupape 43. On.obtient donc un rinçage constant de l'encein- te V, ce qui offre un double avantage. On empêche ainsi une concen- tratlon trop élevée du fluide diffusé à travers la membrane enrou- lée dans le liquide contenu dans l'enceinte V. De plus, on obtient un refroidissement efficace du piston 22 et de la membrane enrou- lée 26.
Une partie-du liquide amené à l'enceinte V n'est pas évacuée par la soupape 43, mais peut refluer par la fente formée entre le piston 23 et la paroi 21 du cylindre vers le carter, la bague torique 56 ne s'appliquant pas contre la paroi 21. On obtient ainsi une lubrification efficace du piston 23, qui est donc entièrement entouré de liquide.
Quand la pression dans le réservoir-tampon 36 devient trop.élevée, le débit du compresseur 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 à l'encontre du ressort 54 et la soupape est soulevée de son siège. En régime normal, la soupape 44 est continuellement ouverte. Le liquide peut donc affluer par le tuyau 39 et la soupape
50 dans le tuyau de reflux 55. De ce fait, l'écartement entre les pistons 22 et 23 diminue, c'est-à-dire que le volume nuisible augmen-
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. te et que le débit diminue..
La soupape 44 empêche que la différence de pression entre les fluides dans les enceintes V et W devienne trop petite.
Dans le cas d'une trop petite différence de pression, le ressort
47 ferme la soupape 44 et empêche ainsi l'évacuation de liquide de l'enceinte V. Cependant, le liquide peut toujours s'écouler de l'enceinte V, par.la fente formée entre le piston et le cylindre 21.
Pour obvier à cet inconvénient, le piston 22 est muni d'une chemise
58, qui s'applique au moment où l'écartement entre les pistons
22 et 23 atteint sa valeur minimale admissible, contre la plaquette annulaire 57, ce qui provoque une déformation de la bague torique
56 telle que celle-ci s'applique, à son tour, contre la paroi 21 du cylindre. On obtient ainsi une obturation parfaite de l'enceinte
V, de sorte que le liquide ne peut plus s'écouler de cette enceinte et que la pression sur la membrane 26 ne diminue plus.
Les dispositions indiquées ci-dessus importent surtout pendant l'arrêt du dispositif. A ce moment, la pompe à huile 38 sera également mise hors service, de sorte que le liquide n'est plus amené à l'enceinte V. Afin d'empêcher que le liquide ne reflue de l'enceinte V, par la pompe à huile, vers le carter, on a inséré une soupape de retenue 59 dans-le tuyau d'amenée d'huile. Lorsqu'une petite quantité de liquide quitte encore l'enceinte V, par exemple par la soupape 43 ou par la fente entre le piston 23 et la paroi
21 du cylindre, le dispositif de réglage ferme le tuyau 39, et, de plus, la soupape 43 se ferme. Cependant, un peu de liquide peut toujours s'écouler le long du piston 23, ce qui implique que l'écar- tement entre les pistons 22 et 23 décroît continuellement.
La pression maintenue par le ressort 42 diminue également quelque peu..
Quand la pression sur la membrane enroulée 26 devient trop petite, la membrane se ride et il est même possible que toute la pression régnant dans l'enceinte W agisse sur ladite membrane. A la mise en marche suivante du dispositif, il y aurait donc risque de rupture.
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Or, la chemise 58 est réalisée de façon que, quand l'écartement entre les pistons 22 et 23 atteint sa valeur minimale admissible, elle s'applique,contre la plaquette annulaire 57, qui, à son tour, dé- forme la bague torique 56 de façon-à obturer complètement la fente entre le piston 23 et le cylindre 21. L'enceinte V est ainsi com- plètement obturée,.de sorte que du liquide ne peut plus s'en , écouler. La membrane enroulée reste donc tendue même quand le dispositif n'est pas en service.
Au lieu de la..bague, torique, on peut évidemment utiliser tout autre organe d'obturation élastique, pourvu qu'il s'applique contre la paroi du cylindre lors-de sa déformation.
La construction conforme à l'invention offre en outre- l'avantage qu'en régime l'organe d'obturation ne s'applique pas contre la paroi du cylindre, de sorte que cet organe n'est pas sujet à,usure.
Bien que la figure représente, comme exemple'de réalisa tion, un compresseur, la combinaison d'un cylindre muni d'un piston, conforme à l'invention peut évidemment être utilisée dans les machines frigorifiques à gaz froid et dans les moteurs à piston à gaz chaud.
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Device for * pressure or expansion of a fluid.
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LJ1vnt1 ..., erne a compression or head device of an il.u3, dx - such devices are for example the # .r :: bzz;. <Ttpte e2un flu> ,, "., Ispos1t $ are go--::'...,..
'/ compressors, expansion machines, cold gas refrigeration machines, hot gas piston engines etc ...
The invention makes it possible to improve the construction of these devices.
The device eonforme $ 1 invention comprises at least. a cylinder in leque can move a piston, which modifies the volume of a @etive enclosure and which is in contact, by its.
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surface opposite to said enclosure, with a column of liquid brought into contact, in turn, with a second piston coupled to the drive mechanism, while the seal between the first piston and the cylinder wall is formed by one or more mem .. coiled branes each of which is in contact, via at least one surface, with liquid, while means are provided for maintaining, at least by piston stroke, a practically constant pressure on each of these coiled membranes. ,
the first piston being provided with a liner member extending in the direction of the second piston which in turn is provided with a resilient closure member extending over at least a part of the axial dimension of the piston. piston along the periphery thereof and of an outside diameter smaller than the inside diameter of the cylinder wall, while the liner member is of such length that when the gap between the two pistons reaches the minimum admissible value, it deforms the closure member so as to ensure the closure between the second piston and the cylinder wall.
The device according to the invention makes it possible to obtain perfect sealing of the active enclosure. Lubricant or water;! - very impurities cannot reach, along the piston, into the active chamber.
In a known construction, the wound membrane is made of, '. contact on one side with liquid in an enclosure of constant volume during operation of the device. When, for one reason or another, the quantity of liquid in this chamber varies, the result is a variation in the pressure on the wound membrane and hence a greater or lesser elongation thereof. , membrane.
According to the invention, the wound membrane is in contact on one side with a column of liquid between the two pistons, whereas means, for example elastic members
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ques acting on the piston, are designed to maintain a pressure on said diaphragm. A variation in the quantity of liquid contained in the chamber between the two pistons only modifies the distance between the two pistons :, while the pressure acting on the membrane hardly varies. This results in an extension of the life of the membrane.
Another advantage of the presence of a column of liquid between the two pistons lies in the fact that the spacing between the pistons can be modified by modifying the quantity of liquid.
This results in a variation in the harmful volume of the active enclosure.
This makes it possible to adjust the harmful volume using fairly simple means.
By modifying. the distance between the two pistons, the pressure on the diaphragm will vary somewhat between narrow limits. When this spacing exceeds the maximum allowable value, an adjusting device allows liquid to be evacuated so that the spacing between the pistons no longer increases. If the gap is too small, the adjuster closes the liquid outlet. However, the liquid may flow along the second piston. To overcome this drawback, in accordance with the invention, the first piston is provided with an element in the form of a jacket ensuring, at the moment when the minimum admissible distance between the two pistons is reached, a deformation of the member. closure connected to the second piston such that this member is applied against the wall of the cylinder.
An effective seal is thus obtained between the second piston and the wall of the cylinder.
This construction ensures that pressure is maintained on the membrane when the device is not in use. In the latter case, the devices ensuring the supply of liquid to the enclosure between the two pistons do not generally work either, so that the pressure on the membrane could acquire an inadmissible value as a result of liquid leaks. .
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Construction aonfare,. venion offers yet another advantage: in regime a part of the liquid contained in the en-. -: the ring between the two pistons can flow through the slot between the second piston and the cylinder wall, which - ensures effective lubrication of the piston. It is therefore not necessary for the second piston to fit tightly in the cylinder.
In another advantageous embodiment of the dis-. positive according to the invention, the closure member is formed by an O-ring. ,
According to another embodiment of the device in accordance with the invention, the closure member is protected by a non-deformable annular element and cooperating with the element forming a jacket.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the. drawing forming, of course, part of the invention.
In the figure, two pistons 22 and 23 can move in a cylinder 21. The seal between the cylinder 21 and the piston 22 is formed by a wound membrane 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 a liquid supply 30 and a liquid discharge 31. The compression chamber W communicates, through an inlet valve 32, with a pipe d 'fluid supply 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, included between the pistons
22 and 23, is filled with liquid.
To this enclosure is connected a liquid supply pipe 37, the other end of which is connected to a liquid pump 38. To the chamber V is also connected a liquid discharge pipe 39, opening into the device
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adjustment 40. The piston 22 is provided with a guide rod 41, surrounded by a compression spring 42, so that the piston 22 is applied against the liquid contained in the chamber V. In addition, the device comprises an adjustment valve 43, which determines the maximum height of the liquid column in the enclosure V.
The adjustment device 40 has a valve 44, which can block the liquid discharge pipe 39. The valve
44 is connected to a membrane 45. The space to the right of this membrane communicates, by means of a pipe 46, with the enclosure W. In addition, a compression spring 47 acts on the right side of the membrane. this membrane. The space located on the left side of this membrane 45 communicates with the enclosure V by a narrow pipe 48 and by the pipe 39. The same average pressure therefore acts on the membrane 45 and on the coiled membrane 26.
The compression spring 47 is chosen so that this pressure can reach a few atmospheres, before the valve 44 opens.
The adjustment device 40 has a second valve
50, connected to a membrane 51. Space 52, to the right of the membrane
51, communicates, by a pipe 53, with the buffer tank 36. '
On the left side, a spring 54, possibly adjustable, acts on the membrane 51.
The piston 23 carries an O-ring 56 with an outside diameter such that, under normal conditions, it does not touch the wall 21 of the cylinder. Above this ring is provided an annular plate 57, which can be moved relative to the piston 23. On the side directed towards the piston 23, the piston 22 is provided with a sleeve member 58.
The device operates as follows. The oil pump supplies, via pipe 37, oil to the chamber V. As a result, the distance between the pistons 22 and 23 increases continuously. The valve 43 follows the ascent of the piston 22 until the moment
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where it abuts, on the lower side, against the piston 23. When the piston 22 prosuits its ascent, the valve 43 no longer pushes against the lower surface thereof, so that the liquid can flow back, through the valve 43, towards the crankcase. The piston 22 'now occupies its upper position, in which the harmful volume of the compressor is minimum and its flow rate maximum.
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. Thus, the coiled membrane 26 remains continuously stretched. Even in the upper position, the pump continues to supply liquid and this is discharged from the enclosure V through the valve 43. A constant rinsing of the enclosure V is therefore obtained, which offers a double advantage. . This prevents an excessively high concentration of the fluid diffused through the membrane wound in the liquid contained in the enclosure V. In addition, effective cooling of the piston 22 and of the wound membrane 26 is obtained.
Part of the liquid brought to the enclosure V is not evacuated by the valve 43, but can flow back through the slot formed between the piston 23 and the wall 21 of the cylinder towards the casing, the O-ring 56 not being applied. not against the wall 21. An effective lubrication of the piston 23 is thus obtained, which is therefore completely surrounded by liquid.
When the pressure in the buffer tank 36 becomes too high, the compressor flow rate should automatically decrease.
The pressure in the buffer tank 36 and therefore in the enclosure 52 becoming too high, the membrane 51 is moved to the left against the spring 54 and the valve is lifted from its seat. In normal operation, the valve 44 is continuously open. The liquid can therefore flow through the pipe 39 and the valve
50 in the reflux pipe 55. As a result, the spacing between the pistons 22 and 23 decreases, that is to say the harmful volume increases.
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. te and the flow decreases ..
The valve 44 prevents the pressure difference between the fluids in the enclosures V and W from becoming too small.
If the pressure difference is too small, the spring
47 closes the valve 44 and thus prevents the evacuation of liquid from the enclosure V. However, the liquid can still flow from the enclosure V, through the slot formed between the piston and the cylinder 21.
To obviate this drawback, the piston 22 is provided with a jacket
58, which applies when the gap between the pistons
22 and 23 reaches its minimum admissible value, against the annular plate 57, which causes deformation of the O-ring
56 such that it is applied, in turn, against the wall 21 of the cylinder. This gives a perfect sealing of the enclosure
V, so that the liquid can no longer flow from this chamber and the pressure on the membrane 26 no longer decreases.
The provisions indicated above are especially important during shutdown of the device. At this time, the oil pump 38 will also be put out of service, so that the liquid is no longer brought to the enclosure V. In order to prevent the liquid from flowing back from the enclosure V, through the pump to oil, towards the crankcase, a check valve 59 was inserted in the oil supply pipe. When a small quantity of liquid still leaves the enclosure V, for example through the valve 43 or through the slot between the piston 23 and the wall
21 of the cylinder, the adjuster closes the pipe 39, and, moreover, the valve 43 closes. However, some liquid can still flow along the piston 23, which implies that the gap between the pistons 22 and 23 is continuously decreasing.
The pressure maintained by the spring 42 also decreases somewhat.
When the pressure on the coiled membrane 26 becomes too small, the membrane wrinkles and it is even possible that all the pressure prevailing in the chamber W acts on said membrane. The next time the device is switched on, there would therefore be a risk of rupture.
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Now, the sleeve 58 is made so that, when the distance between the pistons 22 and 23 reaches its minimum admissible value, it is applied against the annular plate 57, which, in turn, deforms the O-ring. 56 so as to completely close the slot between the piston 23 and the cylinder 21. The enclosure V is thus completely closed, so that liquid can no longer flow therefrom. The rolled-up membrane therefore remains taut even when the device is not in use.
Instead of la..bague, toric, one can obviously use any other elastic closure member, provided that it is applied against the wall of the cylinder during its deformation.
The construction according to the invention also offers the advantage that in operation the closure member does not apply against the wall of the cylinder, so that this member is not subject to wear.
Although the figure shows, as an exemplary embodiment, a compressor, the combination of a cylinder provided with a piston, according to the invention can obviously be used in cold gas refrigeration machines and in piston engines. hot gas.