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WO2001033123A1 - Dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide - Google Patents

Dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide Download PDF

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WO2001033123A1
WO2001033123A1 PCT/FR2000/003042 FR0003042W WO0133123A1 WO 2001033123 A1 WO2001033123 A1 WO 2001033123A1 FR 0003042 W FR0003042 W FR 0003042W WO 0133123 A1 WO0133123 A1 WO 0133123A1
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WO
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valve
spring
discharge
valve plate
housing
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2000/003042
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English (en)
Inventor
Charles Lacroix
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Tecumseh Europe SA
Original Assignee
Tecumseh Europe SA
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Filing date
Publication date
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Priority to BR0015135A priority patent/BR0015135A/pt
Priority to EP00974622A priority patent/EP1226378A1/fr
Priority to MXPA02004177A priority patent/MXPA02004177A/es
Priority to US10/111,318 priority patent/US6796331B1/en
Publication of WO2001033123A1 publication Critical patent/WO2001033123A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
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    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7879—Resilient material valve
    • Y10T137/7888—With valve member flexing about securement
    • Y10T137/7891—Flap or reed

Definitions

  • the invention relates to a discharge valve device for a fluid compressor, in particular a f ⁇ go ⁇ gene fluid.
  • a valve plate is provided so as to allow the admission of the fluid to a compression system proper (cylinder and piston) and the discharge of the compressed fluid, this through closed passages of the plate respectively by inlet and outlet valves.
  • the discharge valve is a sensitive element of the system because it is subjected, due to differential pressures, to significant forces and it is one of the important factors of the noise level of the compressor. Indeed, the opening and closing of the valves translate, particularly for the discharge valve, by twists and flaps metal against metal generating noise. Furthermore, known valve devices generally use a valve plate with a flat surface on which the valve must be fixed in rotation and held in position by lugs or rivets. Due to the necessary holes, the different parts are weakened. On the other hand, the cost of their manufacture and assembly is increased.
  • the invention aims to remedy these various drawbacks by limiting the shocks due to the discharge valve and by simplifying its manufacture while increasing the robustness of the assembly, by eliminating the fixing rivets or other pins.
  • a discharge valve device for a fluid compressor, in particular of refrigerant, of the type comprising a valve plate, pierced with at least one fluid discharge passage, a discharge valve coming from closing said passage on the downstream side in the direction of discharge of the fluid, a spring for holding the discharge valve against the valve plate and a stop limiting the movements of the valve and applying a stress to said spring, said device being characterized in that said discharge valve is constituted by a planar elastic blade, in that said spring consists of a cambered spring leaf pressing said valve on the valve plate in areas adjacent to the two ends of the valve and in that said valve plate has a recessed housing surrounding said passage of. discharge to receive and keep fixed in rotation said valve and said spring, said housing being of a shape adapted to those of the valve and the spring.
  • the discharge valve is kept constantly in contact with the valve plate on which it slides. In addition, no drilling is necessary to maintain the various elements.
  • FIG. 1 is a diagram of a known discharge valve device
  • FIG. 3 shows in section a discharge valve device according to the invention; and. - Figures 4A and 4B show exploded perspective views of the device according to the invention of Figure 3.
  • Figure 1 shows the simplified diagram of a known discharge valve device. On a valve plate 1 allowing routing
  • a valve 2 is arranged which is pressed against the valve plate 1 by a spring 3.
  • the discharge valve When the discharge valve is opened, it deforms elastically under the pressure of the fluid and lifts from its seat around the passage 10.
  • rivets or pins 4 passing through them.
  • FIG 2 which shows an enlarged detail of the device of Figure 1 illustrates certain drawbacks of the device.
  • This Figure corresponds to the open position of the valve 2 where it is raised against the spring 3. It can be seen on the one hand that the end of the valve 2 rests on the plate with • valves 1 while sliding on that -this, thus defining a wear zone 21 important.
  • the support zone 20 of the spring 3 on the valve 2 and the end of the valve there is a strong deformation of the valve, resulting in a significant prestress at the time of closing, which results in rebounds, noise sources and reduction of compressor efficiency
  • the necessary drilling of the valve and spring in areas of maximum effort leads to embrittlement of these parts.
  • FIG 3 is a section through a discharge valve device according to the invention.
  • a valve plate 1 1 with a discharge passage 10
  • This plate has a recessed housing 12 surrounding the passage 10
  • a valve 22 in the form of a flat elastic blade and a spring consisting of a blade cambered spring 30 pressing the valve in two zones P and P '. It is assumed here that rectangular blades have been chosen for the valve and the spring and the zones P and P 'are then transverse contact lines.
  • the valve plate is assembled, by means of a seal 6, with a cylinder head 5 which delimits a discharge chamber 50.
  • This cylinder head comprises, in the chamber 50, a raised element 52 which serves as a stop and presses on the central part of the spring 30 to prestress it against the valve 22.
  • the housing 12 of the valve plate 11 has a shape adapted to that of the valve and of the spring (rectangular HERE) so as to maintain in position those and to prohibit their rotation. Thanks to this arrangement, all other means of fixing or guiding and all drilling are eliminated.
  • the bottom 13 of the housing 12 has certain peculiarities. It comprises around the discharge passage 10 a raised plane S forming a seat 15 of the valve. Separated from this first plane, two raised flat zones forming a second plane S 'are arranged on either side of the passage 10. These second planes S' are separated from the first plane and also from the walls of the housing 12. The level of the planes S 'is slightly lower, by a value h, at the level of the plane S of the seat for a reason which will be seen below At the two ends of the housing 12 corresponding to the ends of the discharge valve, the planes S' are separated of the wall of the housing by recesses 14, 14 'connected to these planes by rounded parts of radius of curvature r.
  • the ends of the valve 22 are located above these recesses.
  • the lines support P, P 'of the spring on the valve are at a distance X from the edge of the rounded part of the corresponding recess.
  • the discharge valve 22 is pressed against the valve plate 11 by the spring 30. Due to the difference in level h between the planes S and S ', the valve is slightly arched, which has a double advantage: firstly, to seal the valve 22 / seat 15; on the other hand, to limit the zone of contact of the valve with the planes S 'to a linear zone and not to the entire surface, which greatly reduces the risks of
  • valve plate is molded from sintered metal, only the essential surfaces need to be machined, namely the seat S and the upper and lower flat surfaces of the valve plate.
  • the device according to the invention minimizes the number of parts used, therefore the dispersion of performance and the cost.
  • FIGS. 4A and 4B are an exploded view of the device according to the invention seen from two opposite sides.
  • the same reference numbers designate the same elements as in FIG. 3.
  • the valve plate 11 comprises a suction or intake passage 16 and that the housing 12 has an enlarged central part 120 allowing passage without braking of the compressed fluid when the discharge valve is open.
  • D is the diameter of the discharge passage
  • K is the maximum opening height of the discharge valve
  • e is the thickness of the valve and L its length comprised between the two zones P and P '
  • a is the distance between one end of the valve and the start of the corresponding recess towards the support plane S '
  • d is the depth of the recesses 14, 14'
  • h is the difference in level of the planes S and S '.
  • the clearance J between the ends of the valve 22 and the walls opposite the housing 12 can be of the order of a tenth of a millimeter.
  • the compressed fluid can be a refrigerant or any gas such as air and the compressors capable of using the discharge valve device according to the invention can be of any type (air, air conditioning or refrigeration, rotary or alternative.—).
  • Discharge valve device for a fluid compressor, in particular of refrigerant, of the type comprising a valve plate, pierced with at least one fluid discharge passage, a discharge valve closing said passage on the downstream side in the direction of fluid discharge, a holding spring of the outlet valve against 'the valve plate and a stop limiting the movements of the valve and applying a stress to said spring, said outlet valve (22) being constituted by a flat elastic blade and said spring being constituted by a cambered spring leaf (30) pressing said valve on the valve plate (1 1) at its ends, said device being characterized in that said spring leaf (30) supports said valve (22) on the valve plate (1 1) in zones (P, P ') adjacent but distinct from the two ends of the valve, in that said leaf spring and said valve are provided so that, during the o opening of the valve, the leaf spring maintains it, near its ends, in permanent sliding contact with the valve plate and in that said valve plate (1 1) has a recessed housing (12) surrounding said passage discharge (10) for receiving and holding fixed in rotation said valve (22) and said
  • the bottom of the housing (12) of the valve plate (11) comprises a first raised plane (S) surrounding the discharge passage (10) and forming the seat (15) of the discharge valve and of the raised second planes (S) 'on either side of the discharge passage (10), serving as a support for said valve (22) in the closed position, said second planes being separated from the first plane ( S) and housing edges (12) and being located at a lower level of h relative to the level of the foreground.
  • a cylinder head (5) ensuring, in abutment against the valve plate (11), the closing of a discharge chamber (50) comprises, in this chamber, a raised element (52) serving as a stop and coming to press on the central part of said retaining spring (30).

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide. Ce dispositif comprend une plaque à clapets (11) avec un passage de refoulement (10) fermé par un clapet de refoulement (22) appuyé sur la plaque à clapets par un ressort (30). La plaque à clapets (11) comporte un logement encastré (12) pour recevoir le clapet et le ressort, de forme adaptée à ces éléments pour les maintenir en position et interdire leur rotation. L'invention s'applique notamment aux compresseurs de fluide frigorigène.

Description

DISPOSITIF DE CLAPET DE REFOULEMENT POUR COMPRESSEUR DE FLUIDE
L'invention se rapporte à un dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide, notamment de fluide fπgoπgene.
Dans les compresseurs de fluide connus, une plaque à clapets est prévue de façon à permettre l'admission du fluide vers un système de compression proprement dit (cylindre et piston) et le refoulement du fluide comprimé, ceci à travers des passages de la plaque fermés respectivement par des clapets d'admission et de refoulement.
Le clapet de refoulement est un élément sensible du système car il est soumis, du fait des pressions différentielles, a des efforts importants et il est un des facteurs importants du niveau sonore du compresseur. En effet, l'ouverture et la fermeture des clapets se traduisent, particulièrement pour le clapet de refoulement, par des rebondissements et battements métal contre métal générant du bruit. Par ailleurs, les dispositifs de clapets connus utilisent généralement une plaque à clapets à surface plane sur laquelle le clapet doit être fixé en rotation et maintenu en position par des ergots ou rivets. Du fait des perçages nécessaires, les différentes pièces sont fragilisées. D'autre part, le coût de leur fabrication et montage est augmenté.
L'invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients en limitant les chocs dus au clapet de refoulement et en simplifiant sa fabrication tout en augmentant la robustesse de l'ensemble, grâce à la suppression des rivets de fixation ou autres ergots.
Selon l'invention, il est donc prévu un dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide, notamment de fluide frigongène, du type comprenant une plaque à clapets, percée d'au moins un passage de refoulement de fluide, un clapet de refoulement venant fermer ledit passage du côté aval dans le sens de refoulement du fluide, un ressort de maintien du clapet de refoulement contre la plaque à clapets et une butée limitant les mouvements du clapet et appliquant une contrainte audit ressort, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit clapet de refoulement est constitué par une lame élastique plane, en ce que ledit ressort est constitué par une lame de ressort cambrée appuyant ledit clapet sur la plaque à clapets en des zones voisines des deux extrémités du clapet et en ce que ladite plaque à clapets comporte un logement encastré entourant ledit passage de . refoulement pour recevoir et maintenir fixe en rotation ledit clapet et ledit ressort, ledit logement étant de forme adaptée à celles du clapet et du ressort.
Grâce à ce dispositif, le clapet de refoulement est maintenu constamment en contact avec la plaque à clapets sur laquelle il glisse. De plus, aucun perçage n'est nécessaire pour le maintien des divers éléments.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où :
- la Figure 1 est un schéma d'un dispositif de clapet de refoulement connu ;
- la Figure 2 illustre certains inconvénients du clapet connu de la Figure 1 ;
- la Figure 3 représente en coupe un dispositif de clapet de refoulement selon l'invention ; et . - les Figures 4A et 4B représentent des vues en perspective éclatée du dispositif selon l'invention de la Figure 3.
La Figure 1 montre le schéma simplifié d'un dispositif de clapet de refoulement connu. Sur une plaque à clapets 1 permettant l'acheminement
(dans le sens de la flèche) d'un fluide comprimé à travers un passage de refoulement 10, est disposé un clapet 2 qui est appuyé contre la plaque à clapets 1 par un ressort 3. Lors de l'ouverture du clapet de refoulement, celui-ci se déforme élastiquement sous la pression du fluide et se soulève de son siège autour du passage 10. Pour maintenir le positionnement correct du clapet et du ressort malgré les mouvements d'ouverture et de fermeture du clapet de refoulement, il est prévu des rivets ou ergots 4 les traversant.
La Figure 2 qui montre un détail grossi du dispositif de la Figure 1 illustre certains inconvénients du dispositif. Cette Figure correspond à la position ouverte du clapet 2 où celui-ci est soulevé contre le ressort 3. On peut voir d'une part que l'extrémité du clapet 2 s'appuie sur la plaque à • clapets 1 tout en glissant sur celle-ci, définissant ainsi une zone d'usure 21 importante. D'autre part, entre la zone d'appui 20 du ressort 3 sur le clapet 2 et l'extrémité du clapet se produit une forte déformation du clapet d'où une précontrainte importante au moment de la fermeture qui se traduit par des rebondissements, sources de bruit et de réduction du rendement du compresseur En outre, le perçage nécessaire du clapet et du ressort dans des zones d'effort maximum entraîne une fragilisation de ces pièces.
La Figure 3 est une coupe d'un dispositif de clapet de refoulement selon l'invention. On retrouve ICI une plaque à clapets 1 1 avec un passage de refoulement 10 Cette plaque comporte un logement encastré 12 entourant le passage 10 Dans ce logement 12 sont disposes un clapet 22 forme d'une lame élastique plane et un ressort constitué d'une lame de ressort 30 cambrée appuyant sur le clapet en deux zones P et P'. On suppose ici qu'on a choisi des lames rectangulaires pour le clapet et le ressort et les zones P et P' sont alors des lignes de contact transversales. La plaque à clapets est assemblée, par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 6, avec une culasse 5 qui délimite une chambre de refoulement 50. Cette culasse comprend, dans la chambre 50, un élément en relief 52 qui sert de butée et vient appuyer sur la partie centrale du ressort 30 pour le précontraindre contre le clapet 22. Le logement 12 de la plaque à clapets 11 a une forme adaptée à celles du clapet et du ressort (ICI rectangulaire) de manière à maintenir en position ceux-ci et à interdire leur rotation. Grâce à cette disposition, on supprime tout autre moyen de fixation ou guidage et tout perçage.
Le fond 13 du logement 12 comporte certaines particularités. Il comporte autour du passage de refoulement 10 un plan surélevé S formant siège 15 du clapet. Séparé de ce premier plan, deux zones planes surélevées formant un second plan S' sont disposées de part et d'autre du passage 10. Ces seconds plans S' sont séparés du premier plan et également des parois du logement 12. Le niveau des plans S' est légèrement inférieur, d'une valeur h, au niveau du plan S du siège pour une raison que l'on verra ci-dessous Aux deux extrémités du logement 12 correspondant aux extrémités du clapet de refoulement, les plans S' sont séparés de la paroi du logement par des décrochements 14, 14' raccordés à ces plans par des parties arrondies de rayon de courbure r. Les extrémités du clapet 22 sont situées au-dessus de ces décrochements. Les lignes d'appui P, P' du ressort sur le clapet sont à une distance X du bord de la partie arrondie du décrochement correspondant. En position fermée (telle que représentée sur la figure), le clapet de refoulement 22 est plaqué contre la plaque à clapets 1 1 par le ressort 30. Du fait de la différence de niveau h entre les plans S et S', le clapet est légèrement cambré, ce qui a un double avantage : tout d'abord d'assurer l'étanchéité clapet 22/siège 15 ; d'autre part, de limiter la zone de contact du clapet avec les plans S' à une zone linéaire et non à toute la surface, ce qui réduit beaucoup les risques de
• collage du clapet sur la plaque à clapets 1 1. Lors de l'ouverture du clapet 22, ses extrémités se trouvant au-dessus des décrochements se déplacent librement sans risque d'user la surface de la plaque à clapets. Le clapet est maintenu par le ressort 30 en contact glissant avec les bords arrondis des plans S' le long des décrochements 14, 14', ce qui permet aux extrémités du clapet 22 de glisser en contact permanent entre la plaque à clapets 1 1 et le ressort 30. Comme la distance X entre le contact linéaire P, P' entre ressort et clapet et le contact linéaire entre clapet et bord du plan S' est choisie suffisamment faible, les déformations et précontrainte du clapet sont réduites au minimum et les frottements générés par la force d'appui sur la plaque à clapets permettent d'amortir notablement les mouvements du clapet, donc de réduire les battements et d'améliorer le rendement du dispositif. Parmi les autres avantages du dispositif, il faut noter que l'encastrement dans le logement 12 permet de réduire la distance entre siège 15 du clapet de refoulement et face
• inférieure de la plaque à clapets 1 1 , donc le "volume mort" dû au volume du passage de refoulement.
Egalement, lorsque, comme c'est de plus en plus fréquemment le cas, la plaque à clapets est moulée en métal fritte, seules les surfaces essentielles nécessitent d'être usinées, à savoir le siège S et les surfaces planes supérieure et inférieure de la plaque à clapets. Enfin, le dispositif selon l'invention réduit au minimum le nombre de pièces utilisées, donc la dispersion des performances et le coût.
Les Figures 4A et 4B représentent en éclaté le dispositif selon l'invention vu de deux côtés opposés. Les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments que sur la Figure 3. On voit en outre que la plaque à clapets 11 comprend un passage d'aspiration ou admission 16 et que le logement 12 comporte une partie centrale élargie 120 permettant un passage sans freinage du fluide comprimé lorsque le clapet de refoulement est ouvert.
A titre d'exemple de réalisation pratique, certaines dimensions (en millimètres) du dispositif, précisées sur la Figure 3, sont données de préférence par les relations :
0,5 mm < X < 1 mm
Z ≤ K ≤ D
4 3
174e < L < 180e 2Ka d ≥
L 1,5 x 10" 7,5 x 10"
< h < e e où D est le diamètre du passage de refoulement, K est la hauteur maximum d'ouverture du clapet de refoulement, e est l'épaisseur du clapet et L sa longueur comprise entre les deux zones P et P', a est la distance entre une extrémité du clapet et le début du décrochement correspondant vers le plan d'appui S', d est la profondeur des décrochements 14, 14' et h est la différence de niveau des plans S et S'.
Le jeu J entre les extrémités du clapet 22 et les parois en vis-à-vis du logement 12 peut être de l'ordre d'un dixième de millimètre. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. En particulier, le fluide comprimé peut être un fluide frigorigène ou tout gaz tel que l'air et les compresseurs susceptibles d'utiliser le dispositif de clapet de refoulement selon l'invention peuvent être de tout type (à air, de climatisation ou réfrigération, rotatif ou alternatif.—).
REVENDICATIONS
1. Dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide, notamment de fluide frigorigène, du type comprenant une plaque à clapets, percée d'au moins un passage de refoulement de fluide, un clapet de refoulement venant fermer ledit passage du côté aval dans le sens de refoulement du fluide, un ressort de maintien du clapet de refoulement contre ' la plaque à clapets et une butée limitant les mouvements du clapet et appliquant une contrainte audit ressort, ledit clapet de refoulement (22) étant constitué par une lame élastique plane et ledit ressort étant constitué par une lame de ressort (30) cambrée appuyant ledit clapet sur la plaque à clapets (1 1 ) à ses extrémités, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite lame de ressort (30) appuie ledit clapet (22) sur la plaque à clapets (1 1 ) en des zones (P, P') voisines mais distinctes des deux extrémités du clapet, en ce que ladite lame de ressort et ledit clapet sont prévus pour que, lors de l'ouverture du clapet, la lame de ressort maintienne celui-ci, au voisinage de ses extrémités, en contact glissant permanent avec la plaque à clapets et en ce que ladite plaque à clapets (1 1 ) comporte un logement encastré (12) entourant ledit passage de refoulement (10) pour recevoir et maintenir fixe en rotation ledit clapet (22) et ledit ressort (30), ledit logement étant de forme adaptée à celles du clapet et du ressort.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le fond du logement (12) de la plaque à clapets (11) comprend un premier plan surélevé (S) entourant le passage de refoulement (10) et formant le siège (15) du clapet de refoulement et des seconds plans surélevés (S)' de part et d'autre du passage de refoulement (10), servant d'appui audit clapet (22) en position de fermeture, lesdits seconds plans étant séparés du premier plan (S) et des bords de logement (12) et étant situés à un niveau inférieur de h par rapport au niveau du premier plan.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds plans d'appui (S') sont séparés des bords du logement (12) par des décrochements (14, 14') de profondeur d raccordés aux seconds plans par des parties arrondies de rayon de courbure r, lesdits décrochements permettant librement les mouvements des extrémités du clapet de refoulement (22) lors de l'ouverture du clapet.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une culasse (5) assurant, en appui contre la plaque à clapets (11 ), la fermeture d'une chambre de refoulement (50) comporte, dans cette chambre, un élément en relief (52) servant de butée et venant appuyer sur la partie centrale dudit ressort de maintien (30).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit clapet de refoulement (22), ledit ressort de maintien (30) et ledit logement (12) dans la plaque à clapets (1 1 ) ont une forme sensiblement rectangulaire.
6. Dispositif selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les dimensions en millimètres des éléments dudit dispositif sont déterminées à partir des relations suivantes :
A 4 _A 3
174e < L < 180e 2Ka d ≥ -
L
1,5 x 10"' _ 7,5 x lO-1 < h < e e où D est le diamètre du passage de refoulement, K est la hauteur maximum d'ouverture du clapet de refoulement, e est l'épaisseur du clapet et L sa longueur entre les deux zones (P, P') d'appui du ressort sur le clapet et a est la distance entre une extrémité du clapet et le début du décrochement correspondant (14, 14') sur ledit plan d'appui (S').
PCT/FR2000/003042 1999-11-05 2000-10-31 Dispositif de clapet de refoulement pour compresseur de fluide Ceased WO2001033123A1 (fr)

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