FR2518720A1 - MOTORIZED REFRIGERATOR CIRCUIT, AND HEAT PUMP PROVIDED WITH SUCH A CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
CIRCUIT FRIGORIFIQUE A MOTOCOMPRESSEUR COMPRENANT UN COLLECTEUR COMPOSITE VERTICAL D'ASPIRATION 6 JOUANT EN PLUS DE SON ROLE PROPRE DE COLLECTEUR D'ASPIRATION, LE ROLE D'UNE BOUTEILLE ANTI-COUP ET CELUI D'UN PULVERISATEUR-POMPE REALISANT SANS DOMMAGES AU MOTO-COMPRESSEUR 2 LE RETOUR A CE DERNIER, DU LUBRIFIANT ET DU REFRIGERANT LIQUIDE PIEGES DANS LE CIRCUIT. CE COLLECTEUR COMPOSITE VERTICAL D'ASPIRATION 6 EST CONSTITUE PAR UN CORPS ALLONGE 9 POURVU DANS SON ENCEINTE D'UN CAPILLAIRE 11 DONT LE BOUT INFERIEUR EST IMMERGE DANS LA MASSE DE REFRIGERANT LIQUIDE ET DE LUBRIFIANT PIEGES, ET LE BOUT SUPERIEUR FORME AVEC LA PARTIE RETRECIE 10 DU CORPS ALLONGE 9 UN VENTURI, QUI DURANT LE PASSAGE DU REFRIGERANT GAZEUX APPELE PAR LE MOTO-COMPRESSEUR 2, ASPIRE ET PULVERISE LES LUBRIFIANT ET REFRIGERANT LIQUIDE PIEGES. APPLICATION A UNE POMPE A CHALEUR DANS LAQUELLE LE CONDENSEUR FORME AVEC UN CIRCUIT INDEPENDANT DE FLUIDE CALOPORTEUR, UN ECHANGEUR THERMIQUE.MOTORCOMPRESSOR REFRIGERATION CIRCUIT INCLUDING A VERTICAL COMPOSITE SUCTION MANIFOLD 6 PLAYING IN ADDITION TO ITS OWN ROLE OF SUCTION MANIFOLD, THE ROLE OF AN ANTI-STROKE BOTTLE AND THAT OF A PULVERISATOR-PUMP REALIZING WITHOUT DAMAGE TO MOTOR 2 THE RETURN TO THE LATTER, LUBRICANT AND LIQUID REFRIGERANT TRAPS IN THE CIRCUIT. THIS VERTICAL COMPOSITE SUCTION COLLECTOR 6 CONSISTS OF AN EXTENDED BODY 9 PROVIDED IN ITS ENCLOSURE WITH A CAPILLARY 11 WHOSE LOWER END IS IMMERSE IN THE MASS OF LIQUID REFRIGERANT AND LUBRICANT TRAPS, AND THE UPPER END SHAPED WITH THE SHAPED PART 10 OF THE BODY EXTENSIONS 9 A VENTURI, WHICH DURING THE PASSAGE OF THE GASEOUS REFRIGERANT CALLED BY THE MOTORCOMPRESSOR 2, INFLATES AND SPRAYS THE LUBRICANT AND LIQUID REFRIGERANT TRAPS. APPLICATION TO A HEAT PUMP IN WHICH THE CONDENSER FORM WITH AN INDEPENDENT CIRCUIT OF HEAT TRANSFER, A THERMAL EXCHANGER.
Description
CIRCUIT FRIGORIFIQUE A MOTOCOMPRESSEURS, ETREFRIGERANT CIRCUIT TO MOTOCOMPRESSORS, AND
POMPE A CHALEUR MUNIE D'UN TEL CIRCUIT HEAT PUMP PROVIDED WITH SUCH A CIRCUIT
La présente invention concerne un circuit frigorifique à moto- The present invention relates to a motor-driven refrigerating circuit
compresseur, et une pompe à chaleur munie d'un tel circuit frigori- compressor, and a heat pump provided with such a refrigerant circuit
fique.fic.
Un circuit frigorifique à motocompresseur comprend habituel- A refrigeration circuit with a motor-compressor usually comprises
lement en circuit fermé, principalement, un motocompresseur, un condenseur, un détendeur, un évaporateur et le plus souvent une mainly in a closed circuit, a motor-compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator and most
bouteille anti-coup disposée entre cet évaporateur et le moto- anti-blow bottle arranged between this evaporator and the motorcycle
compresseur Cette bouteille anti-coup bien qu'elle augmente le prix du circuit empêche le réfrigérant liquide d'entrer directement dans compressor This anti-blow bottle although it increases the price of the circuit prevents liquid refrigerant from entering directly into
le motocompresseur et d'y provoquer des dommages mécaniques. the motor compressor and cause mechanical damage.
Dans un circuit frigorifique, le réfrigérant gazeux refoulé par le motocompresseur entraîne habituellement avec lui du lubrifiant destiné à ce dernier Ce lubrifiant vagabond est souvent piégé dans la partie basse pression du circuit, en aval de l'évaporateur et y In a refrigerant circuit, the gaseous refrigerant delivered by the motor compressor usually carries with it lubricant for the latter This vagabond lubricant is often trapped in the low-pressure part of the circuit, downstream of the evaporator and there
reste.rest.
Il en résulte qu'après un certain temps de fonctionnement, le As a result, after a certain period of operation, the
motocompresseur devient insuffisamment lubrifié. motor compressor becomes insufficiently lubricated.
Dans une application à une pompe à chaleur notamment celle destinée au chauffage de locaux, ce circuit frigorifique est associé, In an application to a heat pump, in particular that intended for space heating, this cooling circuit is associated with
à travers un échangeur thermique, à un circuit de liquide calo- through a heat exchanger, to a circuit of liquid
porteur Le circuit frigorifique de la pompe à chaleur est dans ce cas soit organisée dans sa disposition en deux parties, l'une restant à In this case, the cooling circuit of the heat pump is organized in its two-part arrangement, the remaining one being
l'intérieur des locaux comprenant principalement un motocompres- interior including mainly a motorcycle
seur, un condenseur et un échangeur thermique et l'autre installée à l'extérieur de ces locaux comprenant principalement un évaporateur soit organisée suivant une disposition compacte, en un seul bloc, propre à être installé à l'extérieur des locaux Le circuit frigorifique d'une telle pompe à chaleur doit présenter des caractéristiques de sécurité, de résistance aux agressions mécaniques et d'intempéries, d'acoustique, d'efficacité, d'encombrement etc a condenser and a heat exchanger and the other installed outside these premises mainly comprising an evaporator is organized in a compact arrangement, in a single block, suitable for being installed outside the premises The refrigerating circuit d such a heat pump must have characteristics of safety, resistance to mechanical aggression and bad weather, acoustics, efficiency, space requirement, etc.
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La présente invention permet de réaliser un circuit frigori- The present invention makes it possible to produce a refrigerant circuit
fique perfectionné, économique qui présente d'excellentes caracté- an advanced, economic system with excellent
ristiques dans son application à une pompe à chaleur et notamment à celle contribuant au chauffage des locaux, et ne comporte pas des inconvénients rappelés dans des paragraphes précédents L'invention in its application to a heat pump and in particular to that which contributes to the heating of the premises, and does not have the drawbacks mentioned in the preceding paragraphs.
a également pour objet la réalisation d'une pompe à chaleur éco- Another purpose is the construction of an eco-friendly heat pump.
nomique, solide, efficace dans sa contribution à un chauffage des locaux. Selon l'invention, le circuit frigorifique à motocompresseur ayant en circuit fermé, principalement un condenseur, un détendeur, Nomic, solid, efficient in its contribution to space heating. According to the invention, the cooling circuit with a motor-compressor having in a closed circuit, mainly a condenser, an expander,
un évaporateur, un collecteur d'aspiration disposé entre cet évapo- an evaporator, a suction manifold arranged between this evapo-
rateur et le motocompresseur, comprend un collecteur composite vertical d'aspiration, jouant en plus de son rôle propre de collecteur and the motor-compressor, includes a vertical suction composite manifold, playing in addition to its own role as a collector
d'aspiration, le rôle d'une bouteille anticoup et celui d'un pulvéri- suction, the role of an anti-cut bottle and that of a spraying
sateur-pompe réalisant un retour au motocompresseur et sans dommages à ce dernier, du lubrifiant et du réfrigérant liquide piégés Sator-pump performing a return to the motor compressor and without damage to the latter, lubricant and liquid refrigerant trapped
dans le circuit.in the circuit.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrit ci-après un certain nombre d'exemples de réalisation, illustrés par des dessins ci-annexés dont la figure 1 représente une vue schématique d'un circuit frigorifique réalisé selon l'invention, la figure 2 représente -une vue schématique d'une partie du circuit de la figure 1, la figure 3 représente une vue schématique du circuit frigorifique de la figure 1 appliqué à une pompe à chaleur réalisée selon l'invention, la figure 4 représente une vue schématique et partielle d'une coupe longitudinale d'une partie de l'échangeur thermique de la pompe à chaleur indiquée dans la figure 3, et la figure 5 représente une vue schématique et partielle d'une To better understand the invention, a number of exemplary embodiments are illustrated below, illustrated by the accompanying drawings of which FIG. 1 represents a schematic view of a refrigerant circuit produced according to the invention, the FIG. 2 represents a schematic view of a portion of the circuit of FIG. 1, FIG. 3 represents a schematic view of the refrigerant circuit of FIG. 1 applied to a heat pump produced according to the invention, FIG. 4 represents a schematic view. and partial of a longitudinal section of a part of the heat exchanger of the heat pump shown in Figure 3, and Figure 5 shows a schematic and partial view of a
coupe verticale de la pompe à chaleur indiquée dans la figure 3. Vertical section of the heat pump shown in Figure 3.
Un circuit frigorifique 1 réalisé selon l'invention comprend en circuit fermé principalement un motocompresseur 2, un condenseur A refrigerant circuit 1 produced according to the invention comprises in a closed circuit mainly a motor-compressor 2, a condenser
3, un capillaire 4 servant de détendeur et un évaporateur 5. 3, a capillary 4 serving as an expander and an evaporator 5.
Dans ce circuit frigorifique, le réfrigérant gazeux est com- In this refrigerant circuit, the gaseous refrigerant is
primé par le motocompresseur 2, refoulé dans le condenseur 3 o le awarded by the motor-compressor 2, discharged into the condenser 3 o the
réfrigérant se condense sous forme de liquide et cède de la chaleur. refrigerant condenses in the form of liquid and gives up heat.
Ce réfrigérant liquide traverse un détendeur constitué par un capillaire 4, se détend dans l'évaporateur 5 o il absorbe de la chaleur autrement dit produit du froid avant de retourner au This liquid refrigerant passes through a pressure reducer constituted by a capillary 4, relaxes in the evaporator 5 where it absorbs heat, in other words product of the cold, before returning to
motocompresseur 2 sous l'action d'aspiration de ce dernier. motor compressor 2 under the suction action of the latter.
Selon une caractéristique importante de l'invention, *un col- According to an important characteristic of the invention,
lecteur composite vertical d'aspiration 6 est monté dans ce circuit frigorifique 1, entre le motocompresseur 2 et l'évaporateur 5 Ce collecteur vertical 6 joue en plus de son rôie propre de collecteur vertical suction composite reader 6 is mounted in this refrigerant circuit 1, between the motor-compressor 2 and the evaporator 5 This vertical collector 6 plays in addition to its own role of collector
d'aspiration, le rôle d'une bouteille anti-coup et celui d'un pulvéri- the role of an anti-blow bottle and that of a spraying agent.
sateur-pompe réalisant sans dommage au mofiocompresseur 2, le retour à ce dernier, du lubrifiant et du réfrigérant liquide piégés a pump-pump performing harmlessly to the mofiocompressor 2, the return to the latter, trapped liquid lubricant and liquid refrigerant
dans le circuit.in the circuit.
En effet, le réfrigérant gazeux détendu dans l'évaporateur 5, traverse le collecteur vertical d'aspiration 6 avant de retourner au Indeed, the gaseous refrigerant expanded in the evaporator 5, passes through the vertical suction manifold 6 before returning to
motocompresseur 2, à travers une conduite de liaison 7. motor compressor 2, through a connecting pipe 7.
La partie de lubrifiant du motocompresseur 2, entratnée par le courant de réfrigérant et le réfrigérant liquide résiduel tendent, à la sortie de l'évaporateur 5, à se séparer du réfrigérant gazeux et à tomber vers le bas dans la partie inférieure 8 du collecteur vertical 6 Le collecteur 6 permet ainsi au réfrigérant gazeux de se débarrasser préalablement de réfrigérant liquide et de retourner seul sous forme gazeuse au motocompresseur 2 Les dommages mécaniques risquant d'être provoqués par un liquide pénétrant dans le compresseur sont de ce fait évitées Le collecteur composite vertical d'aspiration 6 joue ainsi en dehors de son rôle propre de collecteur d'aspiration, également le rôle d'une bouteille anti-coup The lubricant portion of the motor compressor 2, entrained by the refrigerant flow and the residual liquid refrigerant, tend, at the outlet of the evaporator 5, to separate from the gaseous refrigerant and to fall downwards in the lower part 8 of the vertical collector 6 The collector 6 thus allows the gaseous refrigerant to get rid beforehand of liquid refrigerant and to return only in gaseous form to the motor-compressor 2 Mechanical damage that may be caused by a liquid entering the compressor is thus avoided The vertical composite collector suction 6 plays well outside its own role of suction collector, also the role of a bottle anti-coup
et la remplace avantageusement.and replaces it advantageously.
Selon l'invention, le collecteur composite vertical 6 comprend d'une part un corps allongé 9 ayant une section transversale plus grande que celle de la conduite de liaison 7, fermé à son extrémité inférieure 8, rétréci à son extrémité supérieure 10 au niveau de son raccordement à cette conduite de liaison 7 et en communication en un ou plusieurs points de sa paroi latérale avec l'évaporateur 5 et d'autre part dans l'enceinte de ce corps 9 et sur la presque totalité de la longueur de ce dernier, un capillaire 11 dont le bout inférieur est immergé dans la masse de lubrifiant et de réfrigérant liquide piégés dans l'extrémité inférieure 8 du collecteur 6 et le bout According to the invention, the vertical composite manifold 6 comprises on the one hand an elongated body 9 having a larger cross-section than that of the connecting pipe 7, closed at its lower end 8, narrowed at its upper end 10 at the level of its connection to this connecting pipe 7 and in communication at one or more points of its side wall with the evaporator 5 and secondly in the enclosure of this body 9 and over almost the entire length of the latter, a capillary 11 whose lower end is immersed in the mass of lubricant and liquid refrigerant trapped in the lower end 8 of the collector 6 and the end
supérieur disposé coaxialement dans la partie rétrécie 10 de l'extré- arranged coaxially in the narrowed portion 10 of the upper
mité supérieure de ce collecteur La partie rétrécie 10 dé l'extré- The upper part of this collector is the narrowed part 10 of the end.
mité supérieure du collecteur 6 et le bout supérieur du capillaire Il créent durant le passage du réfrigérant gazeux appelé par le motocompresseur 2, un venturi qui aspire du lubrifiant et du réfrigérant liquide, piégés dans la partie 8 du collecteur 6, les upper half of the collector 6 and the upper end of the capillary It creates during the passage of the gaseous refrigerant called by the compressor 2, a venturi that sucks lubricant and liquid refrigerant, trapped in the portion 8 of the collector 6, the
pulvérise et les mélange au courant de réfrigérant gazeux retour- sprays and mixes them with the coolant gas stream back-
nant au motocompresseur 2 Ce retour de réfrigérant liquide et de lubrifiant pulvérisés n'endommage pas le motocompresseur 2 mais élimine par ailleurs le défaut ou l'insuffisance de lubrification du This return of liquid refrigerant and lubricant sprayed does not damage the motor compressor 2 but also eliminates the lack or insufficient lubrication of the engine.
motocompresseur rencontré dans les circuits frigorifiques connues. motor compressor encountered in known refrigerant circuits.
Dans son application à une pompe à chaleur 12 représentée à la figure 5 et indiquée par un rectangle en traits discontinus dans la figure 3, le circuit frigorifique 1 comprend un condenseur 3 qui forme avec un circuit indépendant de fluide caloporteur 14, un In its application to a heat pump 12 shown in FIG. 5 and indicated by a rectangle in broken lines in FIG. 3, the refrigerant circuit 1 comprises a condenser 3 which forms with a heat transfer fluid independent circuit 14, a
échangeur thermique 13 indiqué par un rectangle en traits dis- heat exchanger 13 indicated by a rectangle in broken lines
continus L'échangeur thermique 13 est selon l'invention constitué de préférence par deux circuits coaxiaux distincts 3 et 14 de deux fluides différents dont l'un est le réfrigérant comprimé chaud refoulé par le motocompresseur 2 et l'autre est un fluide caloporteur constitué de l'eau par exemple Le circuit de fluide caloporteur 14 est constitué (figure 4) par une canalisation 15 montée coaxialement -dans une conduite 16 formant le condenseur 3 La canalisation 15 dans laquelle circule le -fluide caloporteur est, dans cet échangeur The heat exchanger 13 according to the invention is preferably constituted by two separate coaxial circuits 3 and 14 of two different fluids, one of which is the hot compressed refrigerant discharged by the motor compressor 2 and the other is a coolant consisting of the water for example The heat transfer fluid circuit 14 is constituted (Figure 4) by a pipe 15 mounted coaxially in a pipe 16 forming the condenser 3 The pipe 15 in which circulates the heat transfer fluid is in this exchanger
13, entourée complètement par du réfrigérant comprimé chaud évo- 13, surrounded completely by hot compressed refrigerant evo-
luant dans la conduite 16 du condenseur 3 -L'échange thermique luent in line 16 of the condenser 3 -The heat exchange
entre ces deux fluides peut ainsi se faire d'une manière efficace. between these two fluids can thus be done in an efficient way.
Cette efficacité est renforcée quand le courant 17 de fluide caloporteur et le courant de réfrigérant comprimé chaud indiqué par les flèches 18 se dirigent dans des direction opposés L'échangeur 13 This efficiency is enhanced when the coolant stream 17 and the hot compressed refrigerant stream indicated by the arrows 18 move in opposite directions. The exchanger 13
constitue alors un échangeur à contre courants. then constitutes a countercurrent exchanger.
Dans une contribution à un chauffage des locaux le circuit de fluide caloporteur 14 est raccordé, à travers deux vannes 19 et 20, par ses deux extrémités à l'entrée et à la sortie d'une vanne 21 d'un circuit de chauffage de locaux 22 Le circuit de chauffage 22 comprend par exemple une centrale connue de chauffage 23 qui envoie du fluide caloporteur chauffé, par des canalisations d'aller 24 In a contribution to space heating, the heat transfer fluid circuit 14 is connected, through two valves 19 and 20, by its two ends to the inlet and the outlet of a valve 21 of a space heating circuit. The heating circuit 22 comprises, for example, a known heating unit 23 which sends heat-exchanged heat-transfer fluid through pipes 24.
et de retour 25 à un réseau de radiateurs 26. and back to a network of radiators 26.
Quand la vanne 21 est fermée et les deux vannes 19 et 20 sont ouvertes, le fluide caloporteur venant du réseau des radiateurs 26 peut traverser à la fois l'échangeur 13 de la pompe à chaleur 12 et la centrale de chauffage 23 pour avoir un double apport de calories, avant de retourner aux radiateur 26 Si la centrale 23 est au repos, la pompe à chaleur 12 peut assurer seule le chauffage et quand la pompe à chaleur 12 est au repos, la centrale 23 peut également assurer seule le chauffage L'isolement du circuit de Péchangeur 13 de la pompe à chaleur peut être réalisé en fermant les vannes 19 et 20, la vanne 21 étant alors ouverte pour permettre au circuit de chauffage 22 de fonctionner normalement avec la centrale 23 Des circulateurs 27 et 28 peuvent être montés sur les circuits de l'échangeur 13 et de chauffage 22 pour accélérer la circulation du When the valve 21 is closed and the two valves 19 and 20 are open, the heat transfer fluid from the network of radiators 26 can pass through both the exchanger 13 of the heat pump 12 and the heating unit 23 to have a double supply of calories, before returning to the radiator 26 If the central unit 23 is at rest, the heat pump 12 can ensure the heating alone and when the heat pump 12 is at rest, the central unit 23 can also ensure the heating alone. The heat pump circuit 13 can be isolated by closing the valves 19 and 20, the valve 21 being then open to allow the heating circuit 22 to operate normally with the central unit 23. Circulators 27 and 28 can be mounted. on the circuits of the exchanger 13 and heating 22 to accelerate the circulation of the
fluide caloporteur.coolant.
La pompe à chaleur 12 réalisée sous une forme compacte, monobloc représentée dans la figure 5 comprend au centre le The heat pump 12 made in a compact, one-piece form shown in FIG.
motocompresseur 2 et l'échangeur 13 et dans la périphérie l'évapo- motor compressor 2 and the exchanger 13 and in the periphery the evapo-
rateur 5 L'évaporateur 5 est protégé extérieurement par une grille 29 Un ventilateur 30 est monté au dessus du motocompresseur 2 et de l'échangeur 13, coaxialement avec l'évaporateur périphérique 5, pour engendrer un courant d'air 31, 32 qui traverse cet évaporateur Une grande masse d'air est de ce fait mise en contact avec The evaporator 5 is protected externally by a grid 29 A fan 30 is mounted above the compressor 2 and the exchanger 13, coaxially with the peripheral evaporator 5, to generate an air stream 31, 32 which passes through this evaporator A large mass of air is thus put in contact with
l'évaporateur 5 qui y puise de la chaleur L'air est déplacé laté- evaporator 5 which draws heat from it. The air is displaced laterally.
ralement suivant les flèches 31 à travers l'évaporateur 5 et refoulé following the arrows 31 through the evaporator 5 and discharged
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axialement vers le haut suivant les flèches 32 Un capot ajouré 33 coiffant l'évaporateur 5, isole le ventilateur 30 de l'environnement extérieur et contribue à guider le courant d'air 31, 32 engendré Ce capot 33 et la grille 29 assurent une protection mécanique de la pompe à chaleur. Selon une caractéristique de l'invention, le motocompresseur 2 et l'échangeur 23 sont montés sur un socle thermiquement isolant 34 et fermés hermétiquement par une cloche également thermiquement isolante 35 Toute la chaleur provenant du travail mécanique du motocompresseur 2 et de la compression du réfrigérant gazeux est maintenue prisonnière dans l'enceinte isolante définie par ces socle 34 et cloche 35 pour augmenter le potentiel d'échange thermique axially upwards along the arrows 32 A perforated cover 33 covering the evaporator 5, isolates the fan 30 from the outside environment and contributes to guiding the air stream 31, 32 generated. This hood 33 and the grid 29 provide protection. mechanical heat pump. According to one characteristic of the invention, the motor-compressor 2 and the heat exchanger 23 are mounted on a thermally insulating base 34 and sealed by a bell also thermally insulating. All the heat coming from the mechanical work of the motor-compressor 2 and the compression of the refrigerant gaseous is held captive in the insulating enclosure defined by these base 34 and bell 35 to increase the heat exchange potential
avec le fluide caloporteur circulant dans Péchangeur 13. with the coolant circulating in the exchanger 13.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cloche iso- According to another characteristic of the invention, the bell iso-
lante 35 comprend un bord 36 qui, épousant la forme du socle 34 et coiffant ce dernier par un rebord périphérique saillant 37, forme avec ce socle une jointure étanche à l'air et à l'humidité Le rebord 37 formant autour de ce socle 34, une jupe déflectrice qui force tout écoulement de liquide sur la surface extérieure de la cloche 35 à se diriger vers l'extérieur de ce socle 34 Une infiltration de liquide suivant le long de la surface du socle 34 et vers l'intérieur de la The elant 35 comprises an edge 36 which, following the shape of the base 34 and covering the latter by a protruding peripheral rim 37, forms with this base an airtight and moisture-tight joint. The rim 37 forming around this base 34 , a baffle skirt which forces any flow of liquid on the outer surface of the bell 35 to move outwardly of this base 34 A liquid infiltration along the surface of the base 34 and towards the inside of the base
cloche 35 est ainsi efficacement évitée. bell 35 is thus effectively avoided.
La pompe à chaleur 12 ainsi construite est solide et peut résister aux agressions mécaniques et d'intempéries tout en réalisant une excellente performance dans son fonctionnement, et restant The heat pump 12 thus constructed is solid and can withstand mechanical and weather aggression while achieving excellent performance in its operation, and remaining
économique dans sa fabrication par la simplicité de sa structure. economical in its manufacture by the simplicity of its structure.
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