ES2628853T3 - Compresor alternativo con cojinete de gas - Google Patents

Abstract

Un compresor alternativo con un cojinete de gas, comprendiendo el compresor alternativo: un cilindro (41) que tiene un espacio de compresión; un pistón (42) insertado en el interior del espacio de compresión y que realiza un movimiento alternativo con respecto al cilindro; un cojinete de gas para lubricar una superficie de contacto del cilindro y el pistón mediante gas; y muelles (51, 52) resonantes que soportan ambos lados de un elemento que realiza un movimiento alternativo, el cual es el cilindro o el pistón, en la dirección de movimiento, en el cual los muelles resonantes comprenden un primer muelle resonante y un segundo muelle resonante que están conformados como muelles helicoidales de compresión y proporcionados respectivamente a ambos lados del pistón (42) en la dirección de movimiento alternativo del pistón (42), el primer muelle (51) resonante y el segundo muelle (52) resonante soportan al pistón (42) e inducen el movimiento alternativo del pistón (42), caracterizado por que al menos el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante se proporciona en plural, y los muelles resonantes (51, 52) están colocados para compensar una fuerza lateral o un momento de torsión de los muelles resonantes (51, 52).

Description

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DESCRIPCION

Compresor alternativo con cojinete de gas

La presente descripcion esta relacionada con un compresor alternativo, y mas en concreto, con un compresor alternativo con un cojinete de gas, vease la patente EP1450472A1 con la tecnica anterior mas cercana.

Por lo general, un compresor alternativo sirve para tomar, comprimir y descargar un refrigerante cuando un piston realiza un movimiento alternativo lineal en el interior de un cilindro. El compresor alternativo se puede clasificar como un compresor alternativo de tipo de conexion o un compresor alternativo de tipo de vibracion de acuerdo con el metodo empleado para impulsar el piston.

En el compresor alternativo de tipo de conexion, el piston esta conectado a un eje giratorio asociado a un motor de rotacion por una biela de conexion, la cual hace que el piston realice un movimiento alternativo en el interior del cilindro, comprimiendo de ese modo el refrigerante. Por otro lado, en el compresor alternativo de tipo de vibracion, el piston esta conectado a un elemento motriz asociado a un motor alternativo, el cual hace vibrar al piston mientras el piston realiza un movimiento alternativo en el interior del cilindro, comprimiendo de ese modo el refrigerante. La presente invencion esta relacionada con el compresor alternativo de tipo de vibracion, y en lo que sigue el termino “compresor alternativo” se referira al compresor alternativo de tipo de vibracion.

Para mejorar las prestaciones de un compresor alternativo, una porcion situada entre el cilindro y el piston, que esta hermeticamente sellada, tiene que estar correctamente lubricada. Para ello, se ha conocido convencionalmente un compresor alternativo que sella y lubrica una porcion situada entre el cilindro y el piston suministrando un lubricante como por ejemplo aceite entre el cilindro y el piston y formando una pelfcula de aceite.

Sin embargo, el suministro del lubricante requiere un aparato de suministro de aceite, y se puede producir una falta de aceite dependiendo de las condiciones de funcionamiento, degradando de ese modo las prestaciones del compresor. Asimismo, es necesario incrementar el tamano del compresor porque se requiere un espacio para alojar una cierta cantidad de aceite, y la direccion de instalacion del compresor esta limitada porque la entrada del aparato de suministro de aceite se debena mantener siempre sumergida en aceite.

Tomando en consideracion las desventajas del compresor alternativo de tipo lubricado con aceite, como se muestra en la Figura 1, se ha conocido convencionalmente una tecnica de conformar un cojinete de gas entre el piston 1 y el cilindro 2 derivando una parte de gas comprimido entre el piston 1 y el cilindro 2. En esta tecnica, una pluralidad de trayectorias 2a de flujo de gas con un pequeno diametro estan conformadas en el cilindro 2, o un elemento (no mostrado) de material poroso sinterizado se proporciona sobre una superficie circunferencial interior del cilindro 2. Esta tecnica puede simplificar una estructura de lubricacion del compresor porque no requiere ningun aparato de suministro de aceite, a diferencia del tipo lubricado con aceite, para suministrar aceite entre el piston 1 y el cilindro 2, y puede mantener prestaciones constantes del compresor al impedir una falta de aceite dependiendo de las condiciones de funcionamiento. Asimismo, esta tecnica tiene la ventaja de que el compresor puede ser de tamano mas pequeno y la direccion de instalacion del compresor se puede disenar libremente porque en la carcasa del compresor no se requiere ningun espacio para alojar aceite.

En el caso en que el cojinete de aceite se aplica al compresor alternativo, se utiliza un muelle 3 con forma de placa para un movimiento de resonancia del piston, como se muestra en la Figura 2.

En el caso en que se utiliza el muelle 3 con forma de placa, el piston 1 (mostrado en la Figura 1) que constituye una porcion 4 de compresion y el muelle 3 con forma de placa (mostrado en la Figura 2) estan conectados por una barra de conexion flexible (no mostrada) de manera que el piston 1 tiene capacidad para moverse hacia delante en el interior del cilindro 2 (mostrado en la Figura 1), o la barra de conexion esta dividida en una pluralidad de partes 5a a 5c y esta conectada por al menos una (preferiblemente dos o mas) pieza de conexion 6a y 6b. En los dibujos, el numero de referencia 7 no explicado denota un motor alternativo.

En el caso en que el compresor alternativo con un cojinete de gas utiliza el muelle con forma de placa para un movimiento de resonancia como se ha descrito anteriormente, se tiene que utilizar la barra de conexion flexible anteriormente mencionada para conectar entre elementos, o una pluralidad de barras de conexion se tienen que conectar mediante piezas de conexion, lo cual puede incrementar los costes de material y el numero de procesos de montaje.

Ademas, se produce con mucha frecuencia desplazamiento en la direccion de movimiento del piston (en adelante, “desplazamiento longitudinal”) debido a las caractensticas del muelle con forma de placa, mientras que rara vez se produce desplazamiento en una direccion ortogonal a la direccion de movimiento del piston (en adelante, “desplazamiento lateral”). De esta manera, si el piston esta colocado para que se mueva en una direccion vertical, el piston puede colgar verticalmente hacia abajo cuando esta parado, distorsionando de esta forma la posicion inicial del piston. Teniendo esto en cuenta, es necesario que el piston este colocado de manera que se mueva en una direccion horizontal, lo cual es una limitacion para la instalacion de una porcion de compresion y una porcion de accionamiento.

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Por lo tanto, un objeto de la presente invencion es proporcionar un compresor alternativo con un cojinete de gas que induce un movimiento de resonancia apropiado de un cuerpo vibratorio utilizando el cojinete de gas, sin el uso de un muelle con forma de placa, y por lo tanto reduce los costes de material y el numero de procesos de montaje y disenar libremente la direccion de instalacion del compresor.

Para conseguir estas y otras ventajas y de acuerdo con el proposito de esta especificacion, como se implementa y se describe en lmeas generales en este documento, se proporciona un compresor alternativo con un cojinete de gas de acuerdo con la reivindicacion 1, comprendiendo el compresor alternativo: un cilindro que tiene un espacio de compresion; un piston insertado en el espacio de compresion y que realiza un movimiento alternativo con respecto al cilindro; un cojinete de gas para lubricar una superficie portante del cilindro y del piston mediante gas; y muelles resonantes que soportan ambos lados de un elemento con movimiento alternativo, el cual es el cilindro o el piston, en la direccion de movimiento, donde los muelles resonantes comprenden un primer muelle resonante y un segundo muelle resonante que estan conformados como muelles helicoidales de compresion y que se proporcionan respectivamente a ambos lados del elemento con movimiento alternativo, proporcionandose al menos el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante en plural.

Ademas, se proporciona un compresor alternativo con un cojinete de gas, comprendiendo el compresor alternativo: un cilindro que tiene un espacio de compresion; un piston insertado en el espacio de compresion y que realiza un movimiento alternativo con respecto al cilindro; un cojinete de gas para lubricar una superficie de contacto del cilindro y del piston mediante gas; y muelles resonantes que soportan ambos lados de un elemento con movimiento alternativo, el cual es el cilindro o el piston, en la direccion de movimiento, donde los muelles resonantes comprenden un primer muelle resonante y un segundo muelle resonante que estan conformados como muelles helicoidales de compresion y que se proporcionan respectivamente a ambos lados del elemento con movimiento alternativo, proporcionandose al menos el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante en plural, estando situados la pluralidad de muelles resonantes de tal manera que lmeas ortogonales a superficies finales frontales de al menos dos muelles resonantes en la direccion de arrollamiento se encuentran en un punto.

Los dibujos adjuntos, los cuales se incluyen para proporcionar una mayor comprension de la invencion y se incorporan en esta especificacion y constituyen una parte de la misma, ilustran realizaciones y junto con la descripcion sirven para explicar los principios de la invencion.

En los dibujos:

La Figura 1 es una vista en seccion transversal longitudinal que muestra un ejemplo en el cual un cojinete de gas convencional se aplica a un compresor alternativo;

La Figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo en el cual muelles con forma de placa convencionales se aplican a un compresor alternativo;

La Figura 3 es una vista en seccion transversal longitudinal que muestra un compresor alternativo de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 4 es una vista en perspectiva explosionada que muestra un motor alternativo en el compresor alternativo de la Figura 3;

La Figura 5 es una vista en seccion transversal por la mitad que muestra un ejemplo de un estator en un motor alternativo de la Figura 3;

La Figura 6 es una vista en seccion transversal por la mitad que muestra otra realizacion del estator en el motor alternativo de la Figura 3;

La Figura 7 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de un cojinete de gas en el compresor alternativo de la Figura 3;

La Figura 8 es una vista en seccion transversal que muestra de forma ampliada la porcion “A” de la Figura

5;

La Figura 9 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion del cojinete de gas en el compresor alternativo de la Figura 3;

La Figura 10 es una vista en seccion transversal que muestra de forma ampliada la porcion “b” de la Figura

7;

La Figura 11 es una vista en seccion transversal que muestra otra realizacion adicional del cojinete de gas en el compresor alternativo de la Figura 3;

La Figura 12 es una vista en seccion transversal que muestra de forma ampliada la porcion “C” de la Figura

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La Figura 13 es una vista en perspectiva que muestra una realizacion de un piston que tiene un surco de difusion de gas en el compresor alternativo de la Figura 3;

La Figura 14 es una vista en seccion transversal que muestra un proceso en el cual se difunde gas entre el piston que tiene el surco de difusion de gas de la Figura 13 y un cilindro;

La Figura 15 es una vista en seccion transversal parcial para explicar muelles resonantes en el compresor alternativo de la Figura 3; y

La Figura 16 es una vista en planta para explicar la disposicion de los muelles resonantes de la Figura 15.

A continuacion, se describira en detalle un compresor alternativo con un cojinete de gas de acuerdo con la presente invencion con referencia a una realizacion ilustrada en los dibujos adjuntos.

Como se muestra en la Figura 3, en el compresor alternativo de acuerdo con esta realizacion, un bastidor 20 esta instalado en el interior de una carcasa 10 sellada, un motor 30 alternativo y un cilindro 41 estan fijados al bastidor 20, un piston 42 acoplado a un elemento motriz 32 del motor 30 alternativo esta insertado en el interior del cilindro 40 para que realice un movimiento alternativo, y muelles resonantes 51 y 52 para inducir un movimiento de resonancia del piston 42 estan instalados a ambos lados del piston 42 en la direccion de movimiento del piston 42.

En el compresor alternativo anteriormente mencionado de acuerdo con esta realizacion, cuando se aplica energfa a una bobina 35 del motor 30 alternativo, el elemento motriz 32 del motor 30 alternativo realiza un movimiento alternativo. Entonces, el piston 42 acoplado al elemento motriz 32 aspira y comprime un gas refrigerante mientras se mueve de forma lineal alternativa en el interior del cilindro 41, y lo descarga.

Mas espedficamente, cuando el piston 42 se mueve hacia atras, el gas refrigerante existente en la carcasa 10 sellada es aspirado al interior del espacio S1 de compresion a traves de la trayectoria F de aspiracion del piston 42, y cuando el piston 42 se mueve hacia delante, la trayectoria F de aspiracion se cierra y el gas refrigerante existente en el espacio S1 de compresion se comprime. Asimismo, cuando el piston 42 se mueve mas hacia delante, la valvula 44 de descarga se abre para descargar el gas refrigerante comprimido existente en el espacio S1 de compresion y desplazarlo hacia el ciclo de refrigeracion exterior.

Como se muestra en las Figuras 4 y 5, el motor 30 alternativo comprende un estator 31 que tiene una bobina 35 y un hueco de aire conformado en solo un lado de la bobina 35 y un elemento motriz 32 insertado en el interior del hueco de aire del estator 31 y que tiene un iman 325 que se mueve linealmente en la direccion de movimiento.

El estator 31 incluye una pluralidad de bloques 311 de estator y una pluralidad de bloques 315 de polo acoplados respectivamente a lados de los bloques 311 de estator y que forman junto con los bloques 311 de estator una porcion 31a de hueco de aire.

Los bloques 311 de estator y los bloques 315 de polo incluyen una pluralidad de nucleos de estator delgados laminados lamina a lamina para darles una forma de arco circular vistos en proyeccion axial.

Los bloques 311 de estator estan conformados en la forma de rebajes vistos en proyeccion axial, y los bloques 315 de polo estan conformados en una forma rectangular vistos en proyeccion axial.

El bloque 311 de estator (o cada una de las laminas del nucleo del estator que constituyen los bloques de estator) pueden incluir un primer camino 312 magnetico situado dentro del elemento motriz 32 para conformar el estator interior y un segundo camino 313 magnetico que se extiende integralmente desde un lado axial del primer camino 312 magnetico, es decir, desde el extremo opuesto de la porcion 31a de aire, y situado por fuera del elemento motriz 32 para conformar el estator exterior.

Aunque el primer camino 312 magnetico esta conformado en una forma rectangular, el segundo camino 313 magnetico esta conformado de una manera escalonada y se extiende desde el primer camino 312 magnetico.

Una ranura 31b para alojamiento de la bobina abierta en una direccion axial, es decir, en la direccion de la porcion de hueco de aire, esta conformada sobre superficies de pared interior de los caminos magneticos primero 312 y segundo 313, y el bloque 315 de polo esta acoplado a una seccion transversal axial del segundo camino 313 magnetico que constituye la ranura 31b para alojamiento de la bobina para abrir una superficie abierta axial de la ranura 31b para alojamiento de la bobina.

Asimismo, sobre una superficie de acoplamiento del bloque 311 de estator y sobre una superficie de acoplamiento del bloque 315 de polo pueden estar conformados un surco 311b de acoplamiento y una protrusion 315b de acoplamiento, los cuales conectan el bloque 311 de estator y el bloque 315 de polo para conformar una porcion de conexion de camino magnetico (no mostrada), para acoplar firmemente el bloque 311 de estator y el bloque 315 de polo y mantener una curvatura dada. Aunque no se muestra, el bloque 311 de estator y el bloque 315 de polo se pueden acoplar de una manera escalonada.

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La superficie 311a de acoplamiento del bloque 311 de estator y la superficie 315a de acoplamiento del bloque 315 de polo, excepto el surco 311b de acoplamiento y la protrusion 315b de acoplamiento, estan conformados de manera que sean planos, impidiendo de ese modo que exista un hueco de aire entre el bloque 311 de estator y el bloque 315 de polo. Esto impide fugas magneticas entre el bloque 311 de estator y el bloque 315 de polo, conduciendo de este modo a un incremento en las prestaciones del motor.

Una primera porcion 311c de polo que tiene un area de seccion transversal creciente esta conformada en un extremo distal del segundo camino 313 magnetico del bloque 311 de estator, es decir, en un extremo distal de la porcion 31a de hueco de aire, y una segunda porcion 315c de polo que tiene un area de seccion transversal creciente esta conformada en un extremo distal del bloque 315 de polo, correspondiente con la primera porcion 311c de polo del bloque 311 de estator.

El elemento motriz 32 puede incluir un soporte 321 de imanes que tiene una forma cilmdrica y una pluralidad de imanes 325 fijados sobre una superficie circunferencial exterior del soporte 321 de imanes en una direccion circunferencial para conformar un flujo magnetico junto con la bobina 35.

El soporte 321 magnetico puede estar conformado por una substancia no magnetica para impedir fugas de flujo; sin embargo, no esta limitado a ello. La superficie circunferencial exterior del soporte 321 magnetico puede estar conformada en una forma circular de modo que los imanes 325 estan en contacto lineal con ella y pegados a ella. Asimismo, sobre la superficie circunferencial exterior del soporte 321 de imanes puede estar conformado un surco de montaje de los imanes (no mostrado) en forma de tira para insertar los imanes 325 en su interior y soportarlos en la direccion de movimiento.

Los imanes 325 pueden estar conformados en una forma hexaedrica y pegados uno por uno a la superficie circunferencial exterior del soporte 321 de imanes. En el caso de fijar los imanes 325 uno por uno, elementos de soporte (no mostrados), tales como anillos de fijacion o una cinta hecha de un material compuesto.

Aunque los imanes 325 pueden estar pegados en serie en una direccion circunferencial a la superficie circunferencial exterior del soporte 321 de imanes, es preferible que los imanes 325 esten pegados a intervalos predeterminados, es decir, entre los bloques de estator en una direccion circunferencial a la superficie circunferencial exterior del soporte 321 de imanes para minimizar el uso de imanes, porque el estator 31 comprende una pluralidad de bloques 311 de estator y la pluralidad de bloques 311 de estator estan distribuidos a intervalos predeterminados en la direccion circunferencial. En este caso, los imanes 325 se conforman preferiblemente de manera que tengan una longitud correspondiente a la longitud del hueco de aire del soporte 321 magnetico, es decir, a la longitud circunferencial del hueco de aire.

Preferiblemente, el iman 325 puede estar configurado de tal manera que su longitud en una direccion de movimiento no sea mas corta que una longitud de la porcion 31a de hueco de aire en la direccion de movimiento, mas en concreto, que sea mas larga que la longitud de la porcion 31a de hueco de aire en la direccion de movimiento. En su posicion inicial o durante su funcionamiento, el iman 325 puede estar situado de tal manera que al menos un extremo del mismo este situado dentro de la porcion 31a del hueco de aire, para garantizar un movimiento alternativo estable.

Ademas, aunque en la direccion de movimiento puede estar situado solo un iman 325, en algunos casos una pluralidad de imanes 325 pueden estar situados en la direccion de movimiento. Ademas, los imanes pueden estar situados en la direccion de movimiento de tal modo que un polo N y un polo S se correspondan el uno con el otro.

Aunque el motor alternativo anteriormente descrito puede estar configurado de tal manera que el estator tenga una porcion 314 de hueco de aire como se muestra en la Figura 5, puede estar configurado de tal manera que en algunos casos el estator tenga porciones 31a y 31c de hueco de aire a ambos lados de la bobina en la direccion del movimiento alternativo como se muestra en la Figura 6. En este caso, tambien, el elemento motriz 32 puede estar conformado de la misma manera que en la realizacion anterior.

En el compresor alternativo anteriormente mencionado, es necesario reducir una perdida por rozamiento entre el cilindro y el piston para mejorar las prestaciones del compresor. Para ello, se ha conocido convencionalmente un cojinete de gas que lubrica entre el cilindro y el piston mediante fuerza de gas por derivacion de una parte de gas comprimido entre una superficie circunferencial interior del cilindro y una superficie circunferencial exterior del piston. En este caso, en el cilindro se pueden conformar trayectorias de flujo de gas de pequeno diametro, o se puede proporcionar un elemento de material poroso sinterizado sobre la superficie circunferencial interior del cilindro.

Sin embargo, en el caso de conformar las trayectorias de flujo de gas como poros finos, es diffcil conformar las trayectorias de flujo de gas como poros finos, e impurezas tales como polvo de hierro producidas durante el funcionamiento del compresor pueden bloquear las trayectorias de flujo de gas finas. Entonces, algunas de las trayectorias de flujo de gas se bloquean y no se puede aplicar de manera uniforme una fuerza del gas en una direccion circunferencial del piston y, por lo tanto, se puede producir un rozamiento parcial entre el cilindro y el piston. Debido a esto, las prestaciones y la fiabilidad del compresor se pueden degradar, requiriendo de esta forma muy buena limpieza.

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Por otro lado, en el caso en que se inserta un elemento de material poroso sinterizado en el interior de la superficie circunferencial interior del cilindro, el elemento de material poroso puede verse sometido a abrasion en el arranque inicial antes de la formacion del cojinete de gas debido al alto coste de fabricacion del elemento de material poroso y a la baja resistencia a la abrasion del mismo, y por lo tanto la vida util del elemento de material poroso se puede degradar. Asimismo, es diffcil regular correctamente la distribucion de poros debido a las caractensticas del elemento de material poroso, las cuales pueden hacer que sea diffcil disenar el cojinete de gas para sellar y lubricar correctamente una porcion situada entre el cilindro y el piston.

Ademas, en el caso en que las salidas de las trayectorias de flujo de gas estan conformadas en el cilindro, se producen perdidas de aspiracion cuando las salidas de las trayectorias de flujo de gas quedan expuestas al espacio de compresion durante una carrera de aspiracion para provocar de esta forma que entre en el espacio de compresion un refrigerante a alta presion. Por otro lado, en el caso en que las entradas de las trayectorias de flujo de gas estan conformadas en el piston, gas procedente del cojinete de gas fluye hacia atras hasta el espacio de compresion cuando las entradas de las trayectorias de flujo de gas quedan expuestas al espacio de compresion durante una carrera de aspiracion.

Tomando esto en consideracion, el cojinete de gas de acuerdo con estas realizaciones permite que un gas comprimido a alta presion se distribuya de manera uniforme entre el cilindro y el piston por conformado de una capa de pelfcula de oxido que tiene una pluralidad de orificios pasantes finos en la superficie circunferencial del cilindro o en la superficie circunferencial exterior del piston para hacer que sea facil regular la distribucion de los orificios pasantes finos, o por conformado de trayectorias de flujo de gas en el cilindro y acoplando un elemento de material poroso a la superficie circunferencial exterior del piston para distribuir y suministrar de manera uniforme un gas comprimido a alta presion guiado a traves de las trayectorias de flujo de gas entre el cilindro y el piston, o por conformado de trayectorias de flujo de gas en el cilindro y acoplando un elemento de guiado de gas que tiene orificios pasantes para gas a la superficie circunferencial exterior del piston para distribuir y suministrar de manera uniforme un gas comprimido a alta presion guiado a traves de las trayectorias de flujo de gas entre el cilindro y el piston, o por conformado de trayectorias de flujo de gas en el cilindro.

Como se muestra en la Figura 7, la capa 412 de pelfcula de oxido se puede conformar sobre una superficie circunferencial interior de un cuerpo 411 de cilindro (o sobre una superficie circunferencial exterior de un cuerpo de piston) de manera que tenga una pluralidad de orificios 412a pasantes finos. En este caso, gas comprimido guiado hasta los orificios pasantes finos a traves de trayectorias 401 de flujo de gas se suministra de manera uniforme entre el cilindro 41 y el piston 42 a traves de los orificios 412a pasantes finos para conformar un cojinete de gas.

La capa 412 de pelfcula de oxido se puede conformar por anodizado u oxidacion por microarco (MAO).

Las trayectorias 401 de flujo de gas se pueden conformar en el cuerpo 411 del cilindro como se muestra en la Figura 7. Las trayectorias 401 de flujo de gas pueden comprender al menos una primera trayectoria 401a de flujo conformada en una direccion de movimiento alternativo del piston 42 sobre una superficie 411a final frontal del lado de descarga del cuerpo 411 del cilindro y una pluralidad de segundas trayectoria 401b de flujo que penetran hacia una superficie circunferencial interior del cuerpo 411 del cilindro en un punto intermedio de la primera trayectoria 401a de flujo.

La superficie 411a final frontal del cuerpo 411 del cilindro sobresale hasta una altura predeterminada para conformar una porcion 411b que sobresale, y una cubierta 46 de descarga esta insertada y acoplada a una superficie circunferencial exterior de la protrusion 411b.

Un extremo de inicio de la primera trayectoria 401a de flujo, es decir, el extremo de entrada de la primera trayectoria 401a de flujo que hace contacto con un espacio S2 de descarga, esta preferiblemente conformado a una distancia mayor que el radio Ds de la valvula 45 de descarga con respecto al centro de la valvula 45 de descarga de modo que esta situado fuera del rango de fijacion/separacion de la valvula 45 de descarga, la cual selectivamente se fija a y se separa de la superficie 411a final frontal del cuerpo 411 del cilindro.

Aunque el diametro de las segundas trayectorias 401b de flujo con respecto al diametro de la primera trayectoria 401a de flujo puede estar dentro del rango de 1/10 a 1, el diametro de las segundas trayectorias 401b de flujo puede ser igual o ligeramente mayor que el diametro de la primera trayectoria 401a de flujo porque extremos distales de las segundas trayectorias 401b de flujo estan en contacto con la capa 412 de pelfcula de oxido.

Un filtro 47 anular puede estar instalado en el extremo frontal de la primera trayectoria 401a de flujo de gas, es decir, en la superficie 411a final frontal del cuerpo 411 del cilindro, para impedir que entren impurezas en las trayectorias 401 de flujo de gas.

Aunque sobre la superficie circunferencial exterior del piston 42 puede estar conformado ademas al menos un surco de difusion de gas (no mostrado), un gas comprimido a alta presion se puede distribuir de manera uniforme sobre un area de contacto entre el cilindro 41 y el piston 42, como se muestra en la Figura 8, sin conformar un surco de difusion de gas sobre la superficie circunferencial exterior del piston 42, porque la capa 412 de pelfcula de oxido tiene una estructura porosa.

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En el caso en que la una capa porosa esta conformada por la capa de pelfcula de oxido, la capa porosa se conforma facilmente sobre la superficie circunferencial interior del cuerpo del cilindro, y se mejora la fiabilidad del compresor debido a alta resistencia a la abrasion y alta resistencia al frotamiento que se derivan de un incremento en la resistencia de una superficie de cojinete conformada de una capa de pelfcula de oxido.

Como se muestra en las Figuras 9 y 10, un elemento 422 de material poroso se puede insertar y acoplar a una superficie circunferencial interior del cuerpo 421 del piston (o sobre una superficie circunferencial exterior del cuerpo del cilindro). En este caso, gas comprimido guiado hacia orificios 422a pasantes finos del elemento 422 de material poroso a traves de las trayectorias 401 de flujo de gas se suministra de manera uniforme entre el cilindro 41 y el piston 42, a traves de los orificios 422a pasantes finos, para conformar un cojinete de gas.

Las trayectorias 401 de flujo de gas pueden comprender una trayectoria 402 de flujo de gas del lado del cilindro conformada en el cilindro 41 y una trayectoria 403 de flujo de gas del lado del piston que comunica con la trayectoria 402 de flujo de gas del lado del cilindro y que esta conformada en el piston 42.

La trayectoria 402 de flujo de gas del lado del cilindro puede comprender al menos una abertura 411c de entrada de gas conformada en una direccion de movimiento alternativo del piston 42 en una superficie final frontal del lado de descarga del cilindro 41 y una cavidad 411d de gas conformada sobre la superficie circunferencial interior del cilindro 41, comunicando su superficie de pared lateral con la abertura 411c de entrada de gas. El area de la seccion transversal de la cavidad 411d de gas puede ser mucho mayor que el area de la seccion transversal de la abertura 411c de entrada de gas.

La trayectoria 403 de flujo de gas del lado del piston puede comprender una abertura 422b de comunicacion de gas conformada en una porcion central del elemento 422 de material poroso y que comunica con la cavidad 411d de gas del cilindro 41 y un surco 421a de guiado de gas conformado sobre la superficie circunferencial exterior del cuerpo 421 del piston y que comunica con la abertura 422b de comunicacion de gas.

El surco 421a de guiado de gas tiene una forma anular. Preferiblemente, el surco 421a de guiado de gas tiene una anchura en la direccion del movimiento alternativo mucho mayor que la anchura de la abertura 422b de comunicacion de gas en la direccion del movimiento alternativo, de modo que gas introducido en el interior del surco 421a de guiado de gas se distribuye de manera uniforme sobre toda la superficie de cojinete, es decir, la longitud del surco 421a de guiado de gas es lo mas parecida posible a la anchura del elemento 422 de material poroso en la direccion del movimiento alternativo para incrementar el area de la superficie de cojinete tanto como sea posible.

Aunque sobre una superficie circunferencial exterior del elemento 422 de material poroso puede estar conformado ademas al menos un surco de difusion de gas (no mostrado), se puede distribuir gas de manera uniforme sobre el area de contacto entre el cilindro 41 y el piston 42, sin conformar un surco de difusion de gas sobre la superficie circunferencial exterior del elemento 422 de material poroso, porque el gas se distribuye de manera uniforme debido a la estructura porosa del elemento 422 de material poroso.

Como en esta realizacion, en el caso en que el elemento 422 de material poroso esta insertado y acoplado al cuerpo 421 del piston, una parte de gas comprimido descargado al espacio S2 de descarga entra en la cavidad 411d de gas a traves de la abertura 411c de entrada de gas, y este gas comprimido entra en el surco 421a de guiado de gas a traves de la abertura 422b de comunicacion de gas del elemento 422 de material poroso y se difunde dentro del surco 421a de guiado de gas, suministrando de este modo el gas comprimido entre el cilindro 41 y el piston 42 a traves de los orificios 422a pasantes finos del elemento 422 de material poroso.

Por consiguiente, se impide que un gas comprimido a alta presion suministrado entre el cilindro 41 y el piston 42 entre en el espacio S1 de compresion, impidiendo de ese modo una perdida de aspiracion. Asimismo, en el caso en que en el piston 42 esta conformada una abertura de entrada de gas, la abertura de entrada de gas tiene que comunicar con el espacio de compresion. Por lo tanto, es necesario instalar una valvula antirretorno para impedir que un refrigerante aspirado al interior del espacio de compresion se escape al interior de la abertura de entrada de gas cuando el piston realiza una carrera de aspiracion, y esto puede incrementar los costes de fabricacion. Sin embargo, esta realizacion permite una reduccion de costes de fabricacion porque la abertura de entrada de gas esta conformada en el lado del cilindro y hace que el proceso sea mas facil.

Como se muestra en Figuras 11 y 12, en el caso en que en el piston 42 estan conformadas trayectorias de flujo de gas, las trayectorias de flujo de gas no quedan expuestas al espacio de aspiracion incluso cuando el piston realiza una carrera de aspiracion, impidiendo de ese modo una perdida de aspiracion.

Por ejemplo, al menos una abertura 411c de entrada de gas que constituye la trayectoria 402 de flujo de gas del lado del cilindro esta conformada en una direccion de movimiento alternativo del cuerpo 421 del piston sobre la superficie 411a final frontal del lado de descarga del cuerpo 411 del cilindro, y una cavidad 411d de gas, cuya superficie de pared lateral comunica con la abertura 411c de entrada de gas y constituye la trayectoria 402 de flujo de gas junto con la abertura 411c de entrada de gas, esta conformada sobre la superficie circunferencial interior del cuerpo 411 del cilindro.

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Un elemento 423 de guiado de gas cilmdrico esta insertado y acoplado a la superficie circunferencial exterior del cuerpo 421 del piston. Una abertura 423a de comunicacion de gas que comunica con la cavidad 411d de gas y que constituye la trayectoria 403 de flujo de gas del lado del piston esta conformada en una porcion central del elemento 423 de guiado de gas, un surco 421 de guiado de gas que comunica con la abertura 423a de comunicacion de gas y que constituye la trayectoria 403 de flujo de gas del lado del piston esta conformado sobre la superficie circunferencial exterior del cuerpo 421 del piston, y una pluralidad de orificios 423b del cojinete estan conformados en ambas porciones finales del elemento 423 de guiado de gas de modo que gas guiado a traves del surco 421a de guiado de gas se suministra entre el cilindro 41 y el piston 42.

Preferiblemente, los orificios 423b del cojinete tienen un tamano significativamente menor que la abertura 423a de comunicacion de gas para impedir exposicion excesiva de gas comprimido.

Preferiblemente, sobre una superficie circunferencial exterior del elemento 423 de guiado de gas pueden estar conformados ademas uno o mas surcos de difusion de gas (no mostrados) porque el gas refrigerante comprimido se distribuye de manera uniforme sobre el area de contacto entre el cilindro 41 y el piston 42.

Preferiblemente, el surco de difusion de gas esta conformado para comunicar con la abertura 423a de comunicacion de gas o con los orificios 423b del cojinete, de modo que el gas comprimido que entra o que es introducido en el interior del surco 421a de guiado de gas entra rapidamente en el surco de difusion de gas.

En la realizacion anteriormente descrita, debido a que las trayectorias de flujo de gas estan conformadas en el piston 42, las trayectorias de flujo de gas no estan expuestas al espacio S1 de compresion durante una carrera de aspiracion del piston, impidiendo de ese modo una degradacion en las prestaciones del compresor provocada por una perdida de aspiracion.

Ademas, el elemento 423 de guiado de gas tiene una forma cilmdrica simple, y por lo tanto los costes de fabricacion se pueden reducir, en comparacion con el elemento de material poroso.

Como se muestra en las Figuras 13 y 14, sobre la superficie circunferencial exterior del piston puede estar conformado un surco 424 de difusion de gas sin proporcionar un elemento poroso o un elemento de guiado de gas en el piston 42.

El surco 424 de difusion de gas puede comprender un surco 424a lineal que comunica con la cavidad 411d de gas de la trayectoria 402 de flujo de gas del lado del cilindro y un surco 424b anular que comunica con el surco 424a lineal y que tiene una forma anular.

Sobre la superficie circunferencial exterior del piston puede estar conformada una cavidad 421b de gas del lado del piston para comunicar con la cavidad 411d de gas de la trayectoria 402 de flujo de gas, y el surco 424a lineal del surco 424 de difusion de gas puede estar conformado para comunicar con la cavidad 421b de gas del lado del piston.

En la realizacion anteriormente descrita, es preferible que el surco 424a lineal del surco 424 de difusion de gas este conformado para comunicar con la cavidad 421b de gas del lado del piston porque un refrigerante que entra en la cavidad 421b de gas del lado del piston se difunde rapido sobre la superficie de contacto entre el cilindro 41 y el piston 42 mientras se mueve rapidamente hacia el surco 424 de difusion de gas.

En el compresor alternativo con el cojinete de gas anteriormente descrito, los muelles resonantes pueden ser muelles con forma de placa, los cuales tienen un pequeno desplazamiento lateral, porque el piston 42 tiene que mantener movimiento hacia delante.

Sin embargo, los muelles con forma de placa tienen un pequeno desplazamiento lateral pero un gran pequeno desplazamiento longitudinal. Por lo tanto, si el compresor esta instalado en vertical en la direccion de movimiento del piston, una carrera de compresion puede no realizarse correctamente porque el piston cuelga verticalmente hacia abajo. Ademas, cuando se utilizan los muelles con forma de placa, los muelles con forma de placa y el piston tienen que estar conectados mediante una barra de conexion fabricada de material blando o mediante al menos una pieza de conexion (preferiblemente dos piezas de conexion) en un punto intermedio de la barra de conexion, para mantener el movimiento hacia delante del piston, lo cual puede incrementar costes de material y el numero de procesos de montaje.

El compresor alternativo anteriormente descrito con el cojinete de gas de acuerdo con esta realizacion esta concebido para reducir costes de material y el numero de procesos de montaje modificando la configuracion del compresor utilizando como los muelles resonantes no muelles con forma de placa sino muelles helicoidales, y evitando el uso de una barra o pieza de conexion.

Como se muestra en la Figura 15, los muelles resonantes pueden comprender un primer muelle resonante y un segundo muelle 52 resonante, los cuales se proporcionan respectivamente en ambas caras frontal y posterior de un elemento 53 de soporte de muelles acoplado al elemento motriz 32 y al piston 42.

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El primer muelle 51 resonante y el segundo muelle 52 resonante se proporcionan, cada uno de ellos, en plural y colocados en una direccion circunferencial. Sin embargo, el primer muelle 51 resonante o el segundo muelle 52 resonante se puede proporcionar en plural, y el otro muelle resonante se puede proporcionar en singular.

51 el primer muelle 51 resonante y el segundo muelle 52 resonante son muelles helicoidales comprimidos como se ha descrito anteriormente, se puede producir una fuerza lateral cuando los muelles 51 y 52 resonantes se expanden. Por consiguiente, los muelles 51 y 52 resonantes pueden estar colocados de manera que se compense una fuerza lateral o momento de torsion de los muelles 51 y 52 resonantes.

Por ejemplo, como se muestra en la Figura 16, en el caso en que el primer muelle 51 resonante y el segundo muelle

52 resonante estan colocados de forma alternativa por parejas en una direccion circunferencial, los extremos distales de los muelles resonantes primero 51 y segundo 52 estan enrollados en la misma posicion en direcciones opuestas (en sentido contrario a las agujas del reloj) con respecto al centro del piston 42, y los muelles resonantes del mismo lado situados en sus respectivas direcciones diagonales estan colocados de manera que engranen de forma simetrica el uno con el otro de modo que se produzcan una fuerza lateral y un momento de torsion en direcciones opuestas.

Asimismo, el primer muelle 51 resonante y el segundo muelle 52 resonante pueden estar situados de manera que engranen entre sf de forma simetrica los extremos distales de los muelles resonantes de modo que se produzcan una fuerza lateral y un momento de torsion a lo largo de la direccion circunferencial.

Aunque no se muestra, si el numero de primeros muelles 51 resonantes es impar, estos estan situados de manera que lmeas ortogonales a las superficies finales frontales de los muelles se encuentran en un punto para compensar de ese modo una fuerza lateral y un momento de torsion.

Preferiblemente, protrusiones 531 y 532 de fijacion de los muelles estan conformadas respectivamente sobre un bastidor o elemento 53 de soporte de los muelles al cual estan fijados los extremos de los muelles resonantes 51 y 52 para ser encajados con ajuste forzado y fijados a las protrusiones 53 de fijacion de los muelles, porque se impide que los muelles resonantes engranados giren.

El numero de primeros muelles 51 resonantes puede ser igual o diferente al numero de segundos muelles 52 resonantes siempre y cuando el primer muelle 51 resonante y el segundo muelle 52 resonante tengan la misma elasticidad.

El compresor alternativo con el cojinete de gas anteriormente descrito de acuerdo con esta realizacion tiene los siguientes efectos sobre el funcionamiento.

Es decir, cuando se aplica energfa a la bobina 35, se forma un flujo magnetico alrededor de la bobina 35. El flujo magnetico puede crear entonces un bucle cerrado a lo largo del primer camino 311 magnetico, del segundo camino 312 magnetico, y del camino magnetico que conecta la porcion 313 del estator 31. En cooperacion con una interaccion entre el flujo magnetico formado entre el primer camino 311 magnetico y el segundo camino 312 magnetico y un flujo magnetico generado por el iman 325, el iman 325 se mueve linealmente junto con el soporte 321 de imanes en la direccion de movimiento. Cuando la direccion del flujo de corriente aplicado a la bobina 35 cambia de forma alternativa, la direccion del flujo magnetico de la bobina 35 tambien puede cambiar, para hacer que el iman 325 realice un movimiento lineal alternativo.

Entonces, el piston 42 acoplado al soporte 321 de imanes, que esta insertado en el espacio S1 de compresion del cilindro 41, realiza un movimiento alternativo junto con el soporte 321 magnetico. Mediante el movimiento alternativo del piston 42, el primer muelle 51 resonante y el segundo muelle 52 resonante proporcionados respectivamente a ambos lados del piston 42 en la direccion de movimiento se expanden de forma alternativa para inducir un movimiento de resonancia del piston 42.

Despues de esto, los muelles resonantes 51 y 52 pueden producir una fuerza lateral y un momento de torsion cuando se expanden debido a las caractensticas de los muelles helicoidales de compresion y, por lo tanto, el movimiento hacia delante del piston 42 se puede distorsionar. En esta realizacion, sin embargo, la pluralidad de primeros muelles 51 resonantes y segundos muelles 52 resonantes estan colocados de manera que esten enrollados en direcciones opuestas y, por lo tanto, la fuerza lateral y el momento de torsion producidos por los muelles resonantes 51 y 52 son compensados por los muelles resonantes que se corresponden diagonalmente con ellos. Por consiguiente, se puede mantener el movimiento hacia delante del piston 42, y se puede impedir la abrasion de las superficies que hacen contacto con los muelles resonantes 51 y 52.

Ademas, el compresor se puede instalar en un tipo vertical, asf como en un tipo lateral porque se utilizan muelles helicoidales de compresion, los cuales tienen una colocacion longitudinal pequena, como los muelles resonantes 51 y 52. Los costes de fabricacion y el numero de procesos de montaje se pueden reducir porque no se requiere ninguna barra o pieza de conexion.

Aunque las realizaciones anteriores se han descrito con respecto al caso en que el cilindro esta insertado en el interior del estator del motor alternativo, los muelles resonantes se pueden utilizar de la misma manera que se ha

descrito anteriormente incluso cuando el motor alternativo esta acoplado mecanicamente a una unidad de compresion que comprende el cilindro con un intervalo predeterminado desde el mismo. Se omitira una descripcion detallada de esto.

Ademas, en las realizaciones anteriores, el piston esta configurado para realizar un movimiento alternativo y los 5 muelles resonantes se proporcionan respectivamente a ambos lados del piston en la direccion del movimiento. Sin embargo, en algunos casos, el cilindro puede estar configurado para realizar un movimiento alternativo y los muelles resonantes se pueden proporcionar a ambos lados del cilindro. En este caso, tambien, los muelles resonantes pueden estar conformados como una pluralidad de muelles helicoidales de compresion, como en las realizaciones anteriores, y la pluralidad de muelles helicoidales de compresion pueden estar colocados de la misma manera que 10 en las realizaciones anteriores. Se omitira una descripcion detallada de esto.

Claims (11)

1. 5

   10

   15

   20

   25

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   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un compresor alternativo con un cojinete de gas, comprendiendo el compresor alternativo:

   un cilindro (41) que tiene un espacio de compresion;

   un piston (42) insertado en el interior del espacio de compresion y que realiza un movimiento alternativo con respecto al cilindro;

   un cojinete de gas para lubricar una superficie de contacto del cilindro y el piston mediante gas; y

   muelles (51, 52) resonantes que soportan ambos lados de un elemento que realiza un movimiento alternativo, el cual es el cilindro o el piston, en la direccion de movimiento, en el cual

   los muelles resonantes comprenden un primer muelle resonante y un segundo muelle resonante que estan conformados como muelles helicoidales de compresion y proporcionados respectivamente a ambos lados del piston (42) en la direccion de movimiento alternativo del piston (42), el primer muelle (51) resonante y el segundo muelle (52) resonante soportan al piston (42) e inducen el movimiento alternativo del piston (42), caracterizado por que al menos el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante se proporciona en plural, y

   los muelles resonantes (51, 52) estan colocados para compensar una fuerza lateral o un momento de torsion de los muelles resonantes (51, 52).
2. 2. El compresor alternativo de la reivindicacion 1, en el cual el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante, el cual se proporciona en plural, estan colocados de modo que engranen entre sf de tal manera que cada uno de los extremos de los muelles resonantes primero y segundo estan enrollados en la misma posicion en direcciones opuestas con respecto al centro del piston.
3. 3. El compresor alternativo de la reivindicacion 1, en el cual el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante, el cual se proporciona en plural, estan colocados de modo que engranen entre sf de tal manera que extremos distales de los muelles resonantes primero y segundo estan enrollados en la misma posicion en direcciones opuestas a lo largo de la direccion circunferencial con respecto al centro del piston.
4. 4. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el primer muelle resonante o el segundo muelle resonante, el cual se proporciona en plural, estan colocados de tal manera que lmeas ortogonales a las superficies finales frontales de al menos dos muelles resonantes en la direccion de arrollamiento se encuentran en un punto.
5. 5. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el numero de primeros muelles resonantes es igual al numero de segundos muelles resonantes.
6. 6. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el numero de primeros muelles resonantes es diferente al numero de segundos muelles resonantes.
7. 7. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende ademas:

   una valvula (44) de descarga configurada para que se pueda fijar a y separar de una superficie final frontal del cilindro y abrir y cerrar de forma selectiva el espacio de compresion del cilindro; y

   una cubierta (46) de descarga que tiene un espacio (S2) de descarga para comunicar de forma selectiva con el espacio (S1) de compresion por medio de la valvula de descarga y acoplada al extremo frontal del cilindro,

   en el cual el cilindro tiene al menos una abertura (411c) de entrada de gas conformada en la direccion de movimiento alternativo del piston sobre la superficie final frontal del cilindro alojada en el espacio de descarga, y

   una cavidad (411d) de gas anular esta ademas conformada sobre una superficie circunferencial interior del cilindro para comunicar con la abertura de entrada de gas.
8. 8. El compresor alternativo de la reivindicacion 7, en el cual una entrada de la abertura de entrada de gas esta conformada a una distancia mayor que el radio de la valvula de descarga con respecto al centro de la valvula de descarga.
9. 9. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el cojinete de gas comprende una capa de pelfcula de oxido proporcionada sobre la superficie circunferencial interior del cilindro y que tiene una pluralidad de orificios pasantes finos.
10. 10. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el cojinete de gas comprende un elemento de material poroso acoplado a la superficie circunferencial exterior del piston para distribuir y suministrar

    de manera uniforme un gas comprimido a alta presion guiado a traves de las trayectorias de flujo de gas entre el cilindro y el piston.
11. 11. El compresor alternativo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el cojinete de gas comprende un elemento de guiado de gas proporcionado sobre la superficie circunferencial exterior del piston y que tiene orificios 5 pasantes para gas para distribuir y suministrar de manera uniforme un gas comprimido a alta presion guiado a traves de las trayectorias de flujo de gas al cilindro y el piston.