ES2895933T3

ES2895933T3 - Compresor de placa oscilante y concentrador de oxígeno que usa el mismo

Info

Publication number: ES2895933T3
Application number: ES17754217T
Authority: ES
Inventors: David Winter; Raziel Alon; Gary Kozlow
Original assignee: Caire Inc
Current assignee: Caire Inc
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2022-02-23
Anticipated expiration: 2037-07-25
Also published as: KR102398855B1; US11408407B2; JP2019522146A; CN109863301A; US20180023553A1; KR20190045152A; WO2018022642A1; CA3030947A1; CN117738876A; JP7042795B2; EP3488105B1; EP3488105A1; MX2019001047A

Abstract

Un compresor de placa oscilante (200) que comprende: un motor (220) que hace girar un eje (210) alrededor de un eje de rotación; una placa oscilante (260) que tiene al menos un elemento de unión distal (304), la placa oscilante (260) acoplada al eje (210) de modo que el elemento de unión distal (304) se mueve alternativamente al girar el eje; y un conjunto de pistón de doble cabezal (270); y caracterizado por al menos un cilindro (250) que se hace integralmente como una sola pieza, que recibe el conjunto de pistón de doble cabezal (270) para definir dos cámaras de compresión, el cilindro que incluye una ventana (254) a través de la cual la placa oscilante (260) se acopla con el conjunto de pistón (270) de manera que el miembro de unión distal (304) penetra en el conjunto de pistón (270) por lo que el conjunto de pistón se mueve alternativamente dentro del cilindro (250) a lo largo de un segundo eje paralelo al eje de rotación al girar el eje (210) y el miembro de unión distal (304) se mueve alternativamente de manera general en una trayectoria axial a lo largo del segundo eje.

Description

DESCRIPCIÓN

Compresor de placa oscilante y concentrador de oxígeno que usa el mismo

Referencia cruzada a la(s) solicitud(es) relacionada(s)

Esta solicitud se presenta el 25 de julio de 2017, como una solicitud de patente internacional PCT, y reivindica la prioridad Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos No. 62/366,408, presentada el 25 de julio de 2016. Antecedentes de la invención

Los concentradores de oxígeno portátiles se utilizan comúnmente en el mercado de la medicina domiciliaria para tratar a pacientes ambulatorios con enfermedades pulmonares obstructivas crónicas. Para que un concentrador de oxígeno sea portátil, el concentrador de oxígeno debe ser lo más pequeño posible y pesar lo menos posible, al tiempo que suministra suficiente flujo de gas de oxígeno concentrado al paciente ambulatorio.

Los concentradores de oxígeno utilizan compresores para suministrar aire de alimentación a alta presión a un concentrador. Los compresores típicamente utilizan lubricante o aceite viscoso. Dicho lubricante o aceite puede contaminar la trayectoria del flujo de aire en el concentrador. Además, los compresores en los concentradores de oxígeno pueden producir una cantidad significativa de vibración y ruido durante el uso, lo que los hace inadecuados para concentradores portátiles. Por lo tanto, se desea que los compresores funcionen sin aceite con ruido, vibración y peso reducidos al tiempo que proporcionan los niveles de vacío/presión requeridos y las tasas de flujo con menos consumo de energía.

El documento US 2005115401A1 describe un compresor de placa oscilante que comprende una placa oscilante bloqueada a un eje de transmisión, que gira junto con el eje de transmisión, una zapata que hace contacto deslizante con la placa oscilante, un pistón dispuesto de manera deslizante dentro de un orificio que define un espacio de compresión y una cavidad para la zapata que se forma como una parte integrada del pistón y se ajusta de manera deslizante con la zapata, se forma una porción biselada en el borde de una abertura en la cavidad de la zapata.

El documento US 2006230939 A1 describe un concentrador de oxígeno portátil que incluye un par de lechos de tamices que tienen un primer y segundo extremos, un compresor para suministrar aire a los primeros extremos de los lechos de tamices, un depósito que se comunica con los segundos extremos de los lechos de tamices y un colector unido a los primeros extremos de los lechos de tamices.

El documento US 4576616A describe un aparato concentrador de oxígeno que utiliza dos lechos de zeolita y ciclos alternos de presurización y escape controlados por presión, con una bomba cilíndrica de placa oscilante que tiene un modo inactivo sensible a la presión.

Compresor de placa oscilante y concentrador de oxígeno

En términos generales, esta descripción se dirige a un compresor de placa oscilante y un concentrador de oxígeno mediante el uso del compresor. En una posible configuración y por ejemplo no limitativo, el compresor incluye una placa oscilante asociada con pistones de doble cabezal. En esta descripción se describen varios aspectos, que incluyen, pero no se limitan a, los siguientes aspectos.

Un aspecto es un compresor de placa oscilante que incluye un motor, una placa oscilante, un conjunto de pistón de doble cabezal y al menos un cilindro de una sola pieza. El motor hace girar un eje alrededor de un eje de rotación. La placa oscilante tiene al menos un miembro de unión distal y se acopla al eje de modo que el miembro de unión distal se mueva alternativamente al girar el eje. El cilindro de una sola pieza recibe el conjunto de pistón de doble cabezal para definir dos cámaras de compresión. El cilindro incluye una ventana a través de la cual la placa oscilante se acopla con el conjunto del pistón de manera que el miembro de unión distal penetra en el conjunto del pistón, por lo que el conjunto del pistón se mueve alternativamente dentro del cilindro a lo largo de un segundo eje paralelo al eje de rotación al girar el eje y el miembro de unión distal se mueve alternativamente de manera general en una trayectoria axial a lo largo del segundo eje.

Otro aspecto es un concentrador de oxígeno que incluye un concentrador y un compresor de placa oscilante. El compresor incluye un motor que hace girar un eje alrededor de un eje de rotación; una placa oscilante que tiene al menos dos bolas, cada bola en una parte distal diferente de la placa oscilante, la placa oscilante acoplada al eje de modo que cada bola se mueve alternativamente al girar el eje; un conjunto de pistón de doble cabezal; y al menos un cilindro de una sola pieza que recibe el conjunto de pistón de doble cabezal para definir dos cámaras de compresión, el cilindro que incluye de una ventana a través de la cual la placa oscilante se acopla con el conjunto de pistón de manera que una de las bolas penetra en el conjunto de pistón y el pistón se une a una asociada de las bolas por lo que el pistón se mueve alternativamente dentro del cilindro a lo largo de un segundo eje paralelo al eje de rotación al girar el eje y la bola alternativamente de manera general en una trayectoria axial a lo largo de un eje del cilindro.

También se describe un método para ensamblar una placa oscilante con un ensamblaje de pistón. La placa oscilante incluye al menos un miembro de unión distal, y el conjunto de pistón incluye un cabezal de pistón y al menos una biela. El método incluye montar un primer elemento magnético en al menos una biela; disponer una herramienta de ensamble adyacente al cabezal del pistón en una ubicación predeterminada, que incluye la herramienta de ensamble de un segundo elemento magnético configurado para atraer magnéticamente el primer elemento magnético de al menos una biela para desviar al menos una biela a una posición predeterminada cuando la herramienta de ensamble se dispone junto al cabezal del pistón en la ubicación predeterminada; enganchar al menos un miembro de unión distal con al menos una biela; y retirar la herramienta de ensamble del cabezal del pistón.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de concentración de oxígeno de acuerdo con una realización ilustrativa de la presente descripción.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de una realización ilustrativa de un dispositivo de separación de gas. La Figura 3 ilustra esquemáticamente un ejemplo de compresor.

La Figura 4 es una vista en sección transversal del compresor de la Figura 3.

La Figura 5 es una vista lateral esquemática de un conjunto de placa oscilante acoplado a un extremo de un eje de transmisión.

La Figura 6 es una vista esquemática en perspectiva del conjunto de placa oscilante, del cual se desacopla el eje de transmisión.

La Figura 7 ilustra esquemáticamente conjuntos de pistón de ejemplo acoplados al conjunto de placa oscilante. La Figura 8 ilustra esquemáticamente el conjunto de pistón dentro de un cilindro.

La Figura 9 ilustra esquemáticamente el acoplamiento de los primeros y segundos cabezales de pistó, primera y segunda bielas y un elemento esférico.

La Figura 10 ilustra esquemáticamente un ejemplo de dispositivo antirrotación oscilante acoplado al conjunto de placa oscilante.

La Figura 11 ilustra esquemáticamente un ejemplo del segundo colector.

La Figura 12 ilustra esquemáticamente un ejemplo del primer colector.

La Figura 13 ilustra esquemáticamente el segundo colector conectado al conjunto de placa oscilante, que se acopla a los conjuntos de pistón contenidos dentro de los respectivos cilindros.

La Figura 14 ilustra esquemáticamente un dispositivo de enfriamiento para el compresor.

La Figura 15 ilustra esquemáticamente otro ejemplo del conjunto de pistón.

La Figura 16 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de dispositivo antirrotación oscilante acoplado al conjunto de placa de oscilación.

La Figura 17 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de dispositivo antirrotación oscilante acoplado al conjunto de placa oscilante.

La Figura 18 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de dispositivo antirrotación oscilante acoplado al conjunto de placa oscilante.

La Figura 19 es una vista esquemática en sección transversal de otra realización ilustrativa del compresor.

La Figura 20 es una vista parcial esquemática del compresor.

La Figura 21 es una vista parcial esquemática del compresor que incluye el conjunto de placa oscilante y los conjuntos de pistón.

La Figura 22 es otra vista parcial esquemática del compresor que incluye el conjunto de placa oscilante y los conjuntos de pistón.

La Figura 23 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de elemento de apoyo incluido en el conjunto de placa oscilante.

La Figura 24 es una vista parcial esquemática del compresor.

La Figura 25 es otra vista parcial esquemática del compresor de la Figura 24.

La Figura 26 ilustra esquemáticamente otro ejemplo del conjunto de pistón.

Descripción detallada

Se describirán en detalle diversas realizaciones con referencia a los dibujos, en donde los mismos números de referencia representan las mismas piezas y conjuntos en las diversas vistas. La referencia a diversas realizaciones no limita el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Adicionalmente, los ejemplos expuestos en esta especificación no pretenden ser limitativos y simplemente establecen algunas de las muchas realizaciones posibles de las reivindicaciones adjuntas.

En general, de acuerdo con la presente descripción, un concentrador de oxígeno incluye un compresor de placa oscilante que tiene uno o más cilindros de doble cabezal. En ciertos ejemplos, un concentrador de oxígeno utiliza un diseño de compresor de placa oscilante con pistones de doble cabezal. La placa oscilante se une a un eje en un ángulo para inclinarse orbitalmente alrededor de un eje de rotación del eje. La placa oscilante no gira cuando gira el eje, sino que cambia la orientación angular de la inclinación fija de la placa oscilante con respecto al eje, lo que provoca que los pistones de doble cabezal se muevan dentro de los cilindros respectivos. El compresor de placa oscilante se configura como un sistema seco, que no requiere lubricante viscoso (por ejemplo, aceite o grasa), tanto para presurizar el aire como para generar vacío para su uso en un concentrador de oxígeno portátil. Es una bomba de presión y vacío combinada portátil, de bajo ruido, baja vibración y baja potencia.

El subconjunto de placa oscilante puede tener bolas de acero de grado de rodamiento conectadas a pasadores. Los pines se conectan al concentrador central de la placa oscilante. Un rodamiento, tal como un rodamiento de bolas o un rodamiento de empuje, se dispone entre el concentrador y el eje (es decir, el eje de transmisión). Cada pistón se impulsa axialmente dentro del cilindro asociado con el pistón, por una o dos tibias (también referidas aquí como bielas o bielas de pistón) que se acoplan esféricamente con la bola en un extremo, y se acoplan esféricamente con el pistón en el extremo opuesto. El diámetro exterior del pistón puede recubrirse con pintura de barrera contra el desgaste de baja fricción. Las tibias se mueven ligeramente fuera del eje para adaptarse al movimiento no axial de la bola dentro del cilindro. Puede disponerse cualquier número de cilindros en un círculo desde el eje de transmisión que coincide con el eje de transmisión. En algunos ejemplos, los cilindros se disponen equidistantes del eje de transmisión. Cuando el eje de transmisión gira, el concentrador no gira ya que su rodamiento aísla el concentrador y el eje de transmisión. En cambio, el concentrador se tambalea según lo dicta el ángulo del eje de transmisión. En algunos ejemplos, se proporciona una junta de velocidad constante (CV) para evitar el torque de rotación en el concentrador. La junta CV puede integrarse con el concentrador con el eje CV acoplado de forma flexible a un elemento conectado a tierra, tal como el colector. La junta CV puede reducir el torque de arrastre que los pistones soportarían de otra manera con cargas en los flancos de los cilindros. Como tal, la junta CV puede eliminar la fricción en los pistones y, por lo tanto, mejorar la eficiencia energética de la disposición general.

Los dos colectores capturan los cilindros entre ellos. En algunos casos, los colectores son espejos entre sí, por lo que la oposición de cabezales cilíndricos realiza la misma función, pero 180 grados desfasados. Un ejemplo de compresor tiene un cilindro (dos cabezales) que produce un flujo de presión positiva y dos cilindros (cuatro cabezales) que producen un flujo de presión negativa. Puede formarse una tapa para forzar los gases de enfriamiento a través del compresor. Tal enfriamiento interno reduce el tamaño del paquete del sistema.

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de concentración de oxígeno 100 de acuerdo con una realización ilustrativa de la presente descripción. En algunos ejemplos, el sistema de concentración de oxígeno 100 es un sistema de concentración de oxígeno portátil. El sistema de concentración de oxígeno 100 incluye un dispositivo de separación de gas 102, una fuente de energía 104, uno o más sensores de salida 106 y una unidad de control 108.

El dispositivo de separación de gas 102 funciona para separar el gas oxígeno concentrado del aire ambiente. Un ejemplo del dispositivo de separación de gas 102 es un generador de gas oxígeno. En este documento, el dispositivo de separación de gas 102 también se denomina dispositivo de separación de aire o generador de gas oxígeno 102. La fuente de energía 104 alimenta al menos una parte del generador de gas oxígeno 102. Los ejemplos de la fuente de energía 104 incluyen batería recargable, paquete de batería y celda de combustible. Los sensores de salida 106 se utilizan para detectar una o más condiciones, tales como las condiciones de un usuario U y el entorno, para determinar la salida de oxígeno que necesita el usuario o que requiere el sistema 100. La unidad de control 108 se vincula a los sensores de salida 106, el dispositivo de separación de aire 102 y la fuente de energía 104 para controlar el funcionamiento del dispositivo de separación de aire 102 en respuesta a una o más condiciones detectadas por uno o más sensores de salida 106.

En una realización alternativa, el sistema 100 no incluye uno o más sensores de salida 106 acoplados a la unidad de control 108. En esta realización, las condiciones del sistema 100 tales como caudal, nivel de concentración de oxígeno, etc. pueden ser constantes para el sistema o pueden controlarse manualmente. Por ejemplo, el sistema 100 puede incluir una interfaz de usuario que permite al usuario, proveedor, médico, etc. introducir información, por ejemplo, nivel de oxígeno recetado, caudal, etc. para controlar la salida de oxígeno del sistema 100.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de una realización ejemplar del dispositivo de separación de gas 102. El dispositivo de separación de gas 102 incluye una bomba tal como un compresor 112 y un concentrador de oxígeno 114, que, en algunos ejemplos, se integran.

Como se ilustra, el dispositivo de separación de gas 102 incluye uno o más de los elementos mostrados dentro de la línea límite segmentada en la Figura 2. El aire ambiente se aspira a través de un silenciador de entrada 116 por el compresor 112. En algunos ejemplos, el silenciador 116 se integra con el compresor 112, como se describe más abajo. El compresor 112 puede accionarse por uno o más motores de DC 118 que funcionan con corriente eléctrica de Dc suministrada por la fuente de energía 104 (por ejemplo, una batería recargable). El motor 118 también puede accionar la parte del ventilador de enfriamiento de un intercambiador de calor 120. Un controlador de velocidad variable o un controlador de velocidad de motor de compresor 119 puede ser integral con o separada de la unidad de control 108 y preferentemente se acopla al motor 118 para conservar el consumo de electricidad. El compresor 112 entrega el aire a presión al concentrador 114.

Puede ubicarse un intercambiador de calor 120 entre el compresor 112 y el concentrador 114 para enfriar o calentar el aire a una temperatura deseada antes de entrar en el concentrador 114. Puede ubicarse un filtro (no mostrado) entre el compresor 112 y el concentrador 114 para eliminar cualquier impureza del aire de suministro. Puede ubicarse un transductor de presión 122 entre el compresor 112 y el concentrador 114 para obtener una lectura de presión del flujo de aire que ingresa al concentrador 114.

El concentrador 114 separa el oxígeno gaseoso del aire para su eventual suministro al usuario de una manera bien conocida. Uno o más de los siguientes componentes pueden ubicarse en una línea de suministro 121 entre el concentrador 114 y el usuario: un sensor de presión 123, un sensor de temperatura 125, una bomba 127, un depósito de baja presión 129, una válvula de suministro 160, un sensor de flujo y pureza 131, y un dispositivo de conservación 190. Como se usa en este documento, la línea de suministro 121 se refiere a la tubería, conectores o cualquier otro elemento usado para conectar los componentes en la línea. La bomba 127 puede accionarse por el motor 118. El oxígeno gaseoso puede almacenarse en el depósito de baja presión 129 y suministrarse desde el mismo a través de la línea de suministro 121 al usuario. La válvula de suministro 160 puede usarse para controlar el suministro de oxígeno gaseoso desde el depósito de baja presión 129 al usuario a presión atmosférica.

El gas de escape también puede disiparse del concentrador 114. En algunos ejemplos, un generador de vacío 124, que también puede accionarse por el motor 118 e integrado con el compresor 112, extrae gas de escape del concentrador 114 para mejorar la recuperación y productividad del concentrador 114. El gas de escape puede salir del sistema 100 a través de un silenciador de escape 126. Un transductor de presión 128 puede ubicarse entre el concentrador 114 y el generador de vacío 124 para obtener una lectura de presión del flujo de escape del concentrador 114.

El controlador de velocidad variable 119 reduce los requisitos de consumo de energía del compresor 112 en la fuente de energía 104 (por ejemplo, una batería recargable 104). Con el controlador de velocidad variable 119, la velocidad del compresor 112 puede variarse con el nivel de actividad del usuario, la condición metabólica del usuario, la condición ambiental u otra condición indicativa de las necesidades de oxígeno del usuario determinados a través de uno o más sensores de salida 106. Por ejemplo, el controlador de velocidad variable puede disminuir la velocidad del motor 118 cuando se determina que los requisitos de oxígeno del usuario son relativamente bajos, por ejemplo, cuando el usuario se sienta, duerme, en elevaciones más bajas, etc., y aumenta cuando se determina que los requisitos de oxígeno del usuario son relativamente altos o más altos, por ejemplo, cuando el usuario está de pie, cuando el usuario está activo, cuando el usuario está en elevaciones más altas, etc. Esto ayuda a conservar la vida útil de la batería 104, reduzca el peso y el tamaño de la batería 104, y reduzca la tasa de desgaste del compresor, lo que mejora su confiabilidad. Un ejemplo del controlador de velocidad variable, que regula la velocidad del compresor para hacer funcionar el compresor solo a la velocidad y potencia necesarias para suministrar oxígeno al caudal prescrito por el usuario, se describe en las patentes estadounidenses números 5,593,478 y 5,730,778.

Refiriéndose todavía a la Figura 2, el concentrador 114 se configura para implementar uno o más procesos, tal como un proceso de adsorción por cambio de presión (PSA), un proceso de adsorción por cambio de presión de vacío (VPSA), un proceso de pSa rápido, un proceso de PSA muy rápido, un proceso de adsorción por cambio de vacío (VSA) y/u otros procesos.

En algunos ejemplos, el generador de gas oxígeno 102 también incluye una fuente de oxígeno además del concentrador 114 tal como, pero no a modo de limitación, un depósito de oxígeno a alta presión. Además, un controlador de válvula 133 puede ser integral o separado de la unidad de control 108 y se acopla con la electrónica de la válvula en el concentrador 114 para controlar la(s) válvula(s) del concentrador 114.

Aunque el concentrador 114 se describe principalmente como separador de oxígeno del aire, debe tenerse en cuenta que el concentrador 114 puede usarse para otras aplicaciones tales como, pero no a modo de limitación, separaciones de aire para la producción de nitrógeno, purificación de hidrógeno, eliminación de agua del aire y la concentración de argón del aire. Como se usa en este documento, el término "fluidos" incluye tanto gases como líquidos.

Al hacer referencia a las Figuras 3 y 4, se describe en general un compresor 200 de acuerdo con una realización ilustrativa de la presente descripción. En particular, la Figura 3 ilustra esquemáticamente de ejemplo un compresor 200, y la Figura 4 es una vista en sección transversal del compresor 200.

En general, el compresor 200 de acuerdo con la presente descripción es un compresor de placa oscilante, que funciona para comprimir y evacuar aire y otros gases, particularmente hacia y desde el dispositivo de separación de gases 102. Como se describe más abajo, el compresor 200 de la presente descripción se configura para utilizarse indistintamente, con o sin modificación, para varios tipos de dispositivos de separación de gas, tales como dispositivos de separación de gas de oscilación de presión, dispositivos de separación de gas de oscilación de vacío, dispositivos de separación gas de oscilación de presión-vacío y cualquier dispositivo de separación de gases adecuado.

En este documento, se describe principalmente que el compresor 200 se usa con el concentrador de oxígeno. En otros ejemplos, sin embargo, el compresor 200 de la presente descripción puede usarse con o como parte de cualquier equipo de cuidado respiratorio. En otros ejemplos más, el compresor 200 de la presente descripción también puede usarse para cualquier propósito en el que se necesite gas comprimido o vacío.

En el ejemplo ilustrado, el compresor 200 se configura para un pequeño sistema de compresor oscilante de presiónvacío. Por ejemplo, el compresor 200 puede corresponder al compresor 112 integrado con el generador de vacío 124, como se describe en la Figura 2. Como se describe a continuación, el compresor 200 proporciona una variedad de seis cabezales que se implementa mediante tres pistones de doble cara dentro de tres cilindros.

El compresor 200 se configura para gases comprimibles que necesitan estar libres de lubricantes viscosos, tales como aceite o grasa, que de otro modo entrarían en la trayectoria del flujo de aire, por ejemplo. Al menos parte de la salida del compresor 200 se entrega al dispositivo de separación de gas que separa el oxígeno del aire. Luego, el oxígeno se emite para fines médicos o de otro tipo. Por lo tanto, la ausencia de lubricantes viscosos ayuda a mejorar la calidad de la salida de oxígeno del dispositivo de separación de gas.

Refiriéndose a la Figura 3, el compresor 200 incluye una carcasa 202 que contiene y/o soporta varios componentes del compresor 200. La carcasa 202 se extiende generalmente entre un primer extremo 204 y un segundo extremo 206 a lo largo de un eje de rotación A, alrededor del cual gira un eje de transmisión 210 (también denominado en la presente descripción como un eje). Como se muestra en la Figura 4, el eje de transmisión 210 se impulsa por un motor 220. En algunos ejemplos, la carcasa 202 incluye un primer colector 224 dispuesto en el primer extremo 204 y un segundo colector 226 dispuesto en el segundo extremo 206 y separado del primer colector 224. El primer colector 224 y el segundo colector 226 definen caras extremas opuestas, entre las cuales se disponen uno o más cilindros 250, un conjunto de placa oscilante 260, uno o más conjuntos de pistón 270 y otros componentes asociados. En algunos ejemplos, el primer colector 224 y el segundo colector 226 se aprietan juntos mediante el uso de uno o más sujetadores 240, que se extienden longitudinalmente entre el primer y segundo colectores 224 y 226 (Figura 4). El primer colector 224 y el segundo colector 226 se describen con más detalle con referencia a las Figuras 11-13.

En algunos ejemplos, la carcasa 202 incluye además una primera tapa 234 adaptada para cubrir una superficie de extremo del primer colector 224 en el primer extremo 204, y una segunda tapa 236 adaptada para cubrir una superficie de extremo del segundo colector 226 en el segundo extremo 206. La primera tapa 234 y la segunda tapa 236 se unen al primer colector 224 y al segundo colector 226 de diversas formas. En el ejemplo ilustrado, la primera tapa 234 y la segunda tapa 236 se fijan al primer colector 224 y al segundo colector 226, respectivamente, mediante sujetadores (por ejemplo, tornillos 242 (Figura 4)). En otros ejemplos, la primera tapa 234 y el primer colector 224 se forman integralmente, y la segunda tapa 236 y el segundo colector 226 se forman integralmente.

Aunque se describe principalmente en la presente descripción que el primer colector 224, el segundo colector 226, la primera tapa 234, la segunda tapa 236, los cilindros 250 y otros componentes asociados se forman por separado y se acoplan entre sí para constituir la carcasa 202, la carcasa 202 puede formarse integralmente para proporcionar al menos parte o la totalidad del primer colector 224, el segundo colector 226, la primera tapa 234, la segunda tapa 236, los cilindros 250 y otros componentes no móviles.

Refiriéndose a la Figura 4, el compresor 200 incluye uno o más cilindros 250, un conjunto de placa oscilante 260 y uno o más conjuntos de pistón 270.

El compresor 200 puede incluir una pluralidad de cilindros 250. En algunos ejemplos, el cilindro 250 incluye al menos un cilindro de presión y al menos un cilindro de vacío. El número de cilindros 250 puede variar para varios propósitos. En algunos ejemplos, el compresor 200 incluye un número impar de cilindros 250 con el fin de reducir los picos de torque y el ruido, ya que no hay dos pistones que alcancen el centro del cabezal superior al mismo tiempo. El número de cilindros 250 también puede seleccionarse para afectar una relación predeterminada de flujo de presión positiva a flujo de presión negativa. En algunas configuraciones, dicha presión negativa se considera más baja que la presión atmosférica. La relación se usa luego para optimizar la eficiencia del dispositivo de separación de gas al que se soporta el compresor 200.

En el ejemplo ilustrado, el compresor 200 incluye tres cilindros 250, como se muestra en las Figuras 7 y 13, que consisten de un cilindro para flujo de presión positiva (es decir, un cilindro de presión positiva o un cilindro de presión 250A) y dos cilindros para flujo de presión negativa (es decir, un primer cilindro de presión negativa o un primer cilindro de vacío 250B y un segundo cilindro de presión negativa o un segundo cilindro de vacío 250C). En esta configuración, por lo tanto, el compresor 200 puede operar dos cámaras de compresión en presión (con un cilindro de presión 250A) y cuatro cámaras de compresión en vacío (con los dos cilindros de vacío 250B y 250C). En otros ejemplos, son posibles otras configuraciones.

En algunos ejemplos, dos cámaras de compresión que se definen en cada uno de los cilindros 250 pueden usarse para la misma función, tal como para flujo de presión positiva o para flujo de presión negativa. En otros ejemplos, pueden usarse dos cámaras de compresión en cada uno de los cilindros 250 para diferentes funciones, tales como una de las cámaras de compresión que se usa para flujo de presión positiva y la otra cámara de compresión se usa para flujo de presión negativa.

En el ejemplo ilustrado, los cilindros 250 se separan igualmente del eje de rotación A del eje de transmisión. En otros ejemplos, al menos uno de los cilindros 250 puede separarse del eje de rotación del eje de transmisión a una distancia diferente a la de los otros cilindros 250, de manera que los pistones de los cilindros 250 pueden tener diferentes carreras.

Los cilindros 250 se disponen entre el primer y segundo colectores 224 y 226 de manera que el primer y segundo colectores 224 definen cámaras 252 dentro de los cilindros 250. Los cilindros 250 tienen diámetros interiores finamente mecanizados y dimensionados para recibir de forma móvil los conjuntos de pistón 270 en su interior. Los cilindros 250 pueden hacerse de varios materiales, tales como metal (por ejemplo, aluminio) y otros materiales adecuados.

Refiriéndose todavía a la Figura 4, el eje de transmisión 210 se extiende a través del primer colector 224 y la primera tapa 234 y gira alrededor del eje de rotación A. Un extremo del eje de transmisión 210 se acopla operativamente al conjunto de placa oscilante 260, como se describe con más detalle más abajo. El eje de transmisión 210 se impulsa por un motor 220 y se soporta de manera giratoria por la carcasa 202. En el ejemplo ilustrado, el eje de transmisión 210 se articula por un rodamiento 212 al primer colector 224 de la carcasa 202.

En el ejemplo ilustrado, el motor 220 incluye un estator 223 fijado a la primera tapa 234 del compresor 200, y un rotor 222 que se coloca alrededor de una parte del eje de transmisión 210. En algún ejemplo, el motor 220 se usa como motor 118 como se describe en la Figura 2.

Con referencia a las Figuras 4-6, se describe un ejemplo del conjunto de placa oscilante 260. En particular, la Figura 5 es una vista lateral esquemática del conjunto de placa oscilante 260 que se acopla operativamente a un extremo del eje de transmisión 210, y la Figura 6 es una vista esquemática en perspectiva del conjunto de placa oscilante 260, del cual se desacopla el eje de transmisión 210.

Como se muestra en la Figura 4, el conjunto de placa oscilante 260 se dispone de manera que el centro del conjunto de placa oscilante 260 se alinee generalmente con el eje de rotación A del eje de transmisión A. El conjunto de placa oscilante 260 incluye una placa concentradora 302 (también denominada en el presente documento como una placa oscilante) y uno o más elementos esféricos 304 (también denominados en el presente documento como bolas o miembros de unión distal). Los elementos esféricos 304 se disponen en una porción distal diferente de la placa concentradora 302. Los elementos esféricos 304 se separan entre sí alrededor de la periferia de la placa concentradora 302. En algunos ejemplos, el número de elementos esféricos 304 es el mismo que el número de cilindros 250. Por ejemplo, dado que el compresor 200 en el ejemplo ilustrado tiene tres cilindros, se proporcionan tres elementos esféricos 304 a la placa concentradora 302 para corresponder a los cilindros 250.

La placa concentradora 302 tiene una primera cara de extremo 310 y una segunda cara de extremo opuesta 312. La placa concentradora 302 incluye un primer orificio 306 definido en la primera cara extrema 310 y configurado para acoplarse operativamente a un extremo del eje de transmisión 210. Se proporciona un elemento de rodamiento 308 en el orificio 306 para que se disponga entre la placa concentradora 302 y el extremo del eje de transmisión 210. En particular, la placa concentradora 302 monta la pista exterior del elemento de rodamiento 308 en la primera cara extrema 310 que se opone a un dispositivo antirrotación oscilante 400 y la pista interior del elemento de rodamiento 308 se monta en el extremo del eje de transmisión 210. El elemento de rodamiento 308 se monta en el orificio 306 de varias maneras. En algunos ejemplos, la pista exterior del elemento de rodamiento 308 se presiona y/o se une al orificio 306 de la placa concentradora 302, y la pista interior del elemento de rodamiento 308 se presiona y/o se une de manera similar al eje de transmisión 210. El elemento de rodamiento 308 puede ser de varios tipos, tal como un rodamiento de bolas y un rodamiento de empuje.

Como se ilustra en las Figuras 4 y 6, el eje de transmisión 210 se proporciona para una cubierta del eje 320 montado en el extremo del eje de transmisión 210. La cubierta del eje 320 incluye un eje corto excéntrico 322 que se fija en un ángulo al eje de transmisión 210 (es decir, con relación al eje de rotación A). Como tal, la placa concentradora 302 se une al eje de transmisión 210 a través del elemento de rodamiento 308 en un ángulo con respecto al eje de transmisión, alrededor de un eje diferente del eje de rotación A. Además, la placa concentradora 302 se acopla al eje de transmisión 210 (es decir, el eje) de modo que cada elemento esférico se mueva alternativamente de manera general en una trayectoria axial a lo largo del eje del cilindro. En algunos ejemplos, los elementos esféricos se mueven alternativamente de manera general a lo largo de un arco en un plano que incluye el eje de rotación A tras la rotación del eje. En algunos ejemplos, los elementos esféricos pueden moverse alternativamente de manera sustancial en órbitas tridimensionales que pueden definirse generalmente a lo largo del eje de los cilindros. En algunos ejemplos, los movimientos alternativos de los elementos esféricos pueden variar en función de los diferentes tipos del dispositivo antirrotación oscilante 400 (por ejemplo, una junta CV o un pasador distal simple). El eje corto excéntrico 322 se presiona en la pista interior del elemento de rodamiento 308. En algunos ejemplos, la cubierta del eje 320 (que incluye el eje corto excéntrico 322) se forma integralmente con el eje de transmisión 210.

En algunas realizaciones, el manguito del eje 320 y el elemento de rodamiento 308 se disponen de manera que un centro C del elemento de rodamiento 308 se ubique en la intersección del eje de rotación A del eje de transmisión 210 y un eje longitudinal A3 del eje corto excéntrico 322 del manguito del eje 320. Esta disposición puede asegurar que el conjunto de placa oscilante 260 se mueva como se desee. En otras realizaciones, también pueden ser posibles otras configuraciones.

La placa concentradora 302 incluye además un segundo orificio 408 definido en la segunda cara de extremo 312 y configurado para acoplarse a un dispositivo antirrotación oscilante 400, como se describe con más detalle con referencia a la Figura 10.

Al continuar con la referencia a las Figuras 4-6, los elementos esféricos 304 se conectan a la placa concentradora 302 a través de brazos 324 que se extienden entre la periferia de la placa concentradora 302 y los elementos esféricos 304. En algunos ejemplos, los elementos esféricos 304 se perforan para formar orificios, que se presionan y/o adhieren a un extremo de los brazos 324. El otro extremo de los brazos 324 se presiona y/o se une de manera similar a los orificios previstos en la periferia de la placa concentradora 302.

En otros ejemplos, los elementos esféricos 304 se conectan a la placa concentradora 302 de otras formas. A modo de ejemplo, los elementos esféricos 304 pueden formarse integralmente con la placa concentradora 302.

Los elementos esféricos 304 pueden hacerse de varios materiales. Algunos ejemplos de los elementos esféricos 304 se hacen de acero para rodamientos. También son posibles otros materiales en otros ejemplos.

Haciendo referencia a las Figuras 4, 7 y 8, se describe con más detalle un ejemplo del conjunto de pistón 270. La Figura 7 ilustra esquemáticamente los conjuntos de pistón 270 acoplados al conjunto de placa oscilante 260, y la Figura 8 ilustra esquemáticamente el conjunto de pistón 270 dentro del cilindro 250.

Cada uno de los conjuntos de pistón 270 se recibe dentro del cilindro 250 y se mueve alternativamente dentro del mismo cuando el conjunto de placa oscilante 260 se tambalea. En algunos ejemplos, el conjunto de pistón 270 se mueve alternativamente dentro de su cilindro 250 a lo largo de un segundo eje paralelo al eje de rotación A al girar el eje de transmisión 210. El conjunto de pistón 270 se configura como un pistón de doble cabezal que incluye un primer cabezal de pistón 340 y un segundo cabezal de pistón 342. En el ejemplo ilustrado, el conjunto de pistón 270 se dispone dentro del cilindro 250 de manera que el primer cabezal de pistón 340 se enfrenta al primer colector 224 y el segundo cabezal de pistón 342 se enfrenta al segundo colector 226. En consecuencia, el conjunto de pistón 270 define dos subcámaras (también denominadas aquí cámaras de compresión), una de las cuales se define por el cilindro 250, el primer cabezal de pistón 340 y el primer colector 224, y la otra que se define por el cilindro 250, el segundo cabezal de pistón 342 y el segundo colector 226. En función de una posición axial del conjunto de pistón 270 dentro del cilindro 250, los volúmenes de las subcámaras cambian.

Como tal, el cilindro 250 se hace integralmente como una sola pieza y define dos cámaras de compresión asociadas con los cabezales de pistón opuestos 340 y 342 del conjunto de pistón 270, respectivamente. En una realización, el cilindro unitario 250 es, esencialmente, un tubo con una ventana 254 a través de la cual el conjunto de placa oscilante 260 se acopla con el conjunto de pistón 270.

En algunos ejemplos, los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342 se conectan a través de una o más columnas 344. Las columnas 344 pueden funcionar para evitar que el conjunto de pistón 270 (es decir, los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342) giren alrededor de su eje cuando el conjunto de pistón 270 se mueve alternativamente dentro del cilindro 250. En otras realizaciones, los primeros cabezales de pistón 340 y los segundos cabezales de pistón 342 se proporcionan por separado.

Como también se muestra en la Figura 7, el conjunto de pistón 270 tiene bordes axiales 345 definidos por las columnas 344. Los bordes axiales 345 se configuran para contactar una parte periférica 346 de la placa concentradora 302 en un punto de baja velocidad entre sí. El contacto entre la parte periférica 346 de la placa concentradora 302 y los bordes axiales 345 del conjunto de pistón 270 proporciona un mecanismo antirrotación para el conjunto de pistón 270 mediante el control de la rotación del conjunto de pistón 270 con el cilindro 250 (tal como rotaciones de los vástagos de pistón). En algunos ejemplos, cuando se opera el conjunto de placa oscilante 260, el conjunto de pistón 270 puede girar a lo largo de su eje de rotación (es decir, el eje longitudinal del pistón) dentro del cilindro 250 hasta la placa concentradora 302 (por ejemplo, la parte periférica 346) del mismo) contacta con los bordes axiales 345 de las columnas 344. La porción periférica 346 de la placa concentradora 302 tiene una curvatura configurada para mejorar la tangencia entre las superficies coincidentes de la porción periférica 346 y los bordes axiales 345. En algunos ejemplos, el origen de la curvatura se dispone para que coincida con el eje del eje de transmisión con el fin de reducir la fricción, el desgaste y el torque. En algunos ejemplos, se proporciona un material resistente al desgaste en los bordes axiales 345 y la parte periférica 346, o en ambos, para reducir la fricción y el desgaste.

La parte periférica 346 de la placa concentradora 302 que está en contacto con los bordes axiales 345 puede tener diferentes formas. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 10, la parte periférica 346 de la placa concentradora 302 incluye pestañas 347 formadas adyacentes a los elementos esféricos 304. También son posibles otras configuraciones en otros ejemplos.

Un diámetro exterior del conjunto de pistón 270, que puede entrar en contacto con la superficie interior del cilindro 250, se reviste con una o más capas de materiales de baja fricción y resistentes al desgaste. En una realización alternativa, puede utilizarse aquí una junta de labio en lugar o además de un revestimiento resistente al desgaste y de baja fricción. En otras realizaciones, al menos una parte del conjunto de pistón 270 puede hacerse de material de baja fricción. Por ejemplo, los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342, que pueden entrar en contacto con la superficie interior del cilindro 250, se hacen de material de baja fricción. Por ejemplo, el diámetro exterior del cabezal del pistón puede revestirse con un material de revestimiento a base de fluoropolímero. Un ejemplo del material fluoropolímero está disponible en Whitford, tal como la serie Xylan 1000 o la serie Xylan 8100. Alternativamente o, además, también pueden usarse otros materiales para hacer el cabezal del pistón o revestir al menos una parte del cabezal del pistón. Otros ejemplos de dicho material de baja fricción pueden incluir poliimidas y otros materiales de baja fricción. En otros ejemplos más, al menos parte del conjunto de pistón, como el cabezal del pistón, puede formarse por un material que incorpore lubricante seco, tal como una poliimida compuesta con grafito. Los ejemplos de dicho compuesto incluyen materiales Vespel, tales como Vespel SP-22, fabricado por DuPont (Delaware, EE. UU.). En un ejemplo, el cabezal del pistón se hace de un material que incorpora una poliimida con un 40 % de grafito. En otros ejemplos, pueden usarse otras cantidades de grafito u otros tipos de cargas para el compuesto de poliimida.

Dicho revestimiento resistente al desgaste y de baja fricción también puede utilizarse para reducir el desgaste en otros lugares del compresor 200. Por ejemplo, se aplica una capa de revestimiento a la parte periférica 346 de la placa concentradora 302 que puede interactuar con los bordes axiales 345 de las columnas 344 del conjunto de pistón 270 cuando el conjunto de placa oscilante 260 se tambalea. Además, o alternativamente, el revestimiento puede aplicarse a la porción correspondiente (por ejemplo, los bordes axiales 345) de las columnas 344.

El conjunto de pistón 270 incluye además una primera biela 350 y una segunda biela 352. La primera biela 350 se extiende entre el primer cabezal del pistón 340 y el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260 que se extiende dentro del conjunto de pistón 270, y la segunda biela 352 se extiende entre el segundo cabezal de pistón 342 y el elemento esférico 304. Como se describió anteriormente, el elemento esférico 304 se dispone alrededor de la placa concentradora 302 y se extiende hacia la primera y segunda bielas 350 y 352 a través de una ventana 254 del cilindro 250.

Otro ejemplo del conjunto de pistón 270 se ilustra en la Figura 15. En la Figura 15, el conjunto de pistón 270 se ensambla mediante el acople del primer cabezal de pistón 340 y el segundo cabezal de pistón 342 mediante el uso de uno o más postes 482. En algunos ejemplos, los extremos de los postes 482 se unen a los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342. En el ejemplo ilustrado, se proporcionan tres postes 482. En otros ejemplos, sin embargo, puede usarse otro número de postes 482 para hacer el conjunto de pistón 270. En algunas realizaciones, pueden usarse sujetadores 484 (por ejemplo, tornillos) para unir los postes 482 a los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342. En otras realizaciones, los postes 482 pueden pegarse a los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342. También pueden usarse otros métodos para unir los postes 482 a los cabezales de pistón primero y segundo 340 y 342.

En algunas realizaciones, los postes 482 del conjunto de pistón 270 pueden usarse para un mecanismo antirrotación de pistón para el conjunto de pistón 270. Por ejemplo, como se muestra mejor en las Figuras 19 y 21, la placa concentradora 302 incluye una o más pestañas 502 configuradas para hacer contacto con al menos uno de los postes 482 a medida que se mueve el conjunto de placa oscilante 260. La superficie periférica de la pestaña 502 puede deslizarse contra el poste asociado 482 cuando el conjunto de placa oscilante 260 se tambalea y así evitar que el conjunto de pistón gire alrededor de su propio eje. La superficie periférica de la pestaña 502 se configura para proporcionar una forma curva adecuada para un contacto y deslizamiento óptimos contra el poste 482. En algunas realizaciones, la superficie periférica de la pestaña 502 se forma para ser esférica alrededor del centro (tal como el centro C del elemento de rodamiento 308 en la Figura 4 o el centro C de dos rodamientos 540 y 542 en la Figura 23).

Son posibles varias configuraciones de los postes 482. En el ejemplo de la Figura 15, los postes 482 se configuran como formas cilíndricas. Otras formas de los postes 482 se ilustran en otras figuras, tal como la Figura 7 (por ejemplo, la columna 344) y la Figura 20.

La Figura 9 ilustra esquemáticamente el acoplamiento del primer y segundo cabezales de pistón 340 y 342, la primera y segunda bielas 350 y 352 y el elemento esférico 304. Esta configuración también se ilustra en la Figura 13. Como se muestra en las Figuras 9 y 13, la primera biela 350 tiene un extremo del lado del cabezal 360 y un extremo distal 362. El extremo del lado del cabezal 360 de la primera biela 350 se acopla de forma esférica con el primer cabezal de pistón 340, y el extremo distal 362 de la primera biela 350 se acopla de forma esférica con el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260. En el ejemplo ilustrado, el primer cabezal de pistón 340 proporciona un casquillo 364 en el que el extremo del lado del cabezal 360 de la primera biela 350 se asienta de forma deslizante, y el extremo distal 362 de la primera biela 350 define un casquillo 366 en el que el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260 se asienta de forma deslizante.

Las interfaces entre el primer cabezal de pistón 340, la primera biela 350 y el elemento esférico 304 pueden proporcionarse de lubricantes secos. En algunas realizaciones, al menos uno del primer cabezal de pistón 340, la primera biela 350 y el elemento esférico 304 se forma de un material que incorpora una poliimida combinada con grafito. Los ejemplos de dicho compuesto incluyen materiales Vespel, tales como Vespel SP-22, fabricado por DuPont (Delaware, EE. UU.). En un ejemplo, la primera biela 350 y el elemento esférico 304 se hacen de un material que incorpora una poliimida con un 40 % de grafito. En otros ejemplos, pueden usarse otras cantidades de grafito u otros tipos de cargas para el compuesto de poliimida.

En otras realizaciones más, las interfaces entre el primer cabezal de pistón 340, la primera biela 350 y el elemento esférico 304 pueden revestirse con una capa de materiales resistentes al desgaste y de baja fricción, tal como un material de revestimiento a base de fluoropolímero. Un ejemplo del material de fluoropolímero está disponible en Xylan Coatings, tal como la serie Xylan 1000 o la serie Xylan 8100. También pueden usarse otros materiales para tal recubrimiento.

De manera similar, la segunda biela 352 tiene un extremo del lado del cabezal 370 y un extremo distal 372. El extremo del lado del cabezal 370 de la segunda biela 352 se acopla esféricamente con el segundo cabezal de pistón 342, y el extremo distal 372 de la segunda biela 352 se acopla esféricamente con el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260. En el ejemplo ilustrado, el segundo cabezal de pistón 342 proporciona un casquillo 364 en el que el extremo 370 del lado del cabezal de la segunda biela 352 se asienta de forma deslizante, y el extremo distal 372 de la segunda biela 352 define un casquillo 376 en el que el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260 se asienta de forma deslizante. Las interfaces entre el segundo cabezal de pistón 342, la segunda biela 352 y el elemento esférico 304 pueden proporcionarse de lubricantes secos de la misma manera o similar que las interfaces entre el primer cabezal de pistón 340, la primera biela 350 y el elemento esférico 304, como se describió anteriormente.

En otras realizaciones, la interfaz entre el cabezal del pistón 340, 342 y los extremos laterales del cabezal 360, 370 de las bielas 350, 352 pueden tener diferentes configuraciones. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 26, el primer cabezal de pistón 340 proporciona una parte convexa 550, y el extremo del lado del cabezal 360 de la primera biela 350 se configura para formar un casquillo 552 (o una parte cóncava) que corresponde a la parte convexa 550 del primer cabezal de pistón 340. El casquillo 552 de la primera biela 350 en el extremo del lado del cabezal 360 puede asentarse de forma deslizante en la porción convexa 550 del primer cabezal de pistón 340 de modo que el extremo del lado del cabezal 360 de la primera biela 350 se acopla esféricamente con el primer cabezal de pistón 340.

De manera similar, como se ilustra en la Figura 26, el segundo cabezal de pistón 342 proporciona una parte convexa 554, y el extremo del lado del cabezal 370 de la segunda biela 352 se configura para formar un casquillo 556 (o una parte cóncava) que corresponde a la parte convexa 554 del segundo cabezal de pistón 342. El casquillo 556 de la segunda biela 352 en el extremo del lado del cabezal 370 puede asentarse de manera deslizante en la parte convexa 554 del segundo cabezal de pistón 342 de modo que el extremo 370 del lado del cabezal de la segunda biela 352 se acople esféricamente con el segundo cabezal de pistón 342.

La configuración ilustrada en la Figura 26 puede aumentar efectivamente la longitud de las bielas 350, 352, que disminuye así los movimientos laterales de las bielas 350, 352 cuando el conjunto de placa oscilante 260 se tambalea. Por ejemplo, a medida que aumenta la longitud efectiva de la primera biela 350, el ángulo entre un eje A4 de la primera biela 350 y el eje A del eje de transmisión puede disminuir. De manera similar, la longitud efectiva de la segunda biela 352 aumenta, el ángulo entre un eje A5 de la segunda biela 352 y el eje A del eje de transmisión puede disminuir. Un ángulo más pequeño de las bielas 350, 352 con respecto al eje A del eje de transmisión puede reducir el movimiento lateral de las bielas 350, 352.

En otras realizaciones, el elemento esférico 304 y los casquillos 366 y 376 pueden tener diferentes configuraciones en la medida en que los elementos esféricos 304 pueden acoplarse de forma deslizante con los casquillos 366 y 376. Por ejemplo, las interfaces curvas entre el elemento esférico 304 y cada uno de los casquillos 366 y 376 pueden invertirse.

Aunque se ilustra principalmente en este documento que los miembros de unión distales 304 se describen como elementos esféricos, los miembros de unión distales 304 tienen formas diferentes en otras realizaciones. Por consiguiente, los extremos distales 362 y 372 de la primera y segunda bielas 350 y 352 pueden tener diferentes formas que son complementarias con la forma de un miembro de unión distal asociado 304. Por ejemplo, los extremos distales 362 y 372 de la primera y segunda bielas 350 y 352 pueden tener superficies convexas (es decir, superficies curvadas hacia afuera) mientras que el miembro de unión distal asociado 304 incluye superficies cóncavas (es decir, superficies curvadas hacia adentro) que corresponden a las superficies convexas de la primera y segunda bielas 350 y 352. En algunas realizaciones, los extremos distales 362 y 372 de la primera y segunda bielas 350 y 352 pueden tener superficies extremas idénticas. En otras realizaciones, los extremos distales 362 y 372 de la primera y segunda bielas 350 y 352 tienen diferentes superficies extremas (por ejemplo, uno de los extremos distales 362 y 372 tiene una superficie cóncava (por ejemplo, un casquillo) y el otro tiene una convexa), y el miembro de unión distal asociado 304 tiene dos superficies diferentes que corresponden a la superficie de extremo diferente de los extremos distales 362 y 372 de la primera y segunda bielas 350 y 352, respectivamente.

En algunos ejemplos, se proporciona una herramienta de ensamble 384 para montar el conjunto de pistón 270 con el conjunto de placa oscilante 260. La herramienta de ensamble 384 se usa para ajustar temporalmente la primera biela 350 y la segunda biela 352 en una disposición particular. Por ejemplo, la herramienta de ensamble 384 se configura para interactuar con la primera y segunda bielas 350 y 352 y disponerse en una posición particular con respecto al primer cabezal de pistón 340 y el segundo cabezal de pistón 342, respectivamente (y por lo tanto con respecto al elemento esférico 304 del conjunto concentradores). La herramienta de ensamble 384 puede incluir un primer dispositivo de disposición 386 y un segundo dispositivo de disposición 388.

El primer dispositivo de disposición 386 incluye un elemento magnético 380. De manera correspondiente, la primera biela 350 incluye un elemento magnético 368, que puede incrustarse en el mismo en el extremo del lado del cabezal 360. Por ejemplo, el elemento magnético 380 incluye un imán y el elemento magnético 368 incluye un material ferromagnético. El elemento magnético 368 puede tener forma de bola y contenerse en el extremo del lado del cabezal 360. El elemento magnético 380 incluido en el primer dispositivo de disposición 386 se configura para atraer magnéticamente el elemento magnético 368 de la primera biela 350 cuando el primer dispositivo de disposición 386 se dispone adyacente al primer cabezal de pistón 340. En algunos ejemplos, durante el ensamble, el primer dispositivo de disposición 386 se dispone encima del primer cabezal de pistón 340 como se muestra en la Figura 9 de modo que el elemento magnético 368 y el elemento magnético 380 estén relativamente dispuestos. En esta disposición, la atracción magnética entre el elemento magnético 368 y el elemento magnético 380 empuja el extremo distal 362 de la primera biela 350 hacia la ventana 254 del cilindro 250 de modo que la primera biela 350 sea fácilmente accesible para acoplar el elemento esférico 304 con el extremo distal 362 de la primera biela 350.

De manera similar, el segundo dispositivo de disposición 388 incluye un elemento magnético 382. En consecuencia, la segunda biela 352 incluye un elemento magnético 378, que puede incrustarse en el mismo en el extremo del lado del cabezal 370. Por ejemplo, el elemento magnético 382 incluye un imán y el elemento magnético 378 incluye un material ferromagnético. El elemento magnético 378 puede tener forma de bola y estar contenido en el extremo del lado del cabezal 370. El elemento magnético 382 incluido en el segundo dispositivo de disposición 388 se configura para atraer magnéticamente el elemento magnético 378 de la segunda biela 352 cuando el segundo dispositivo de disposición 388 se dispone adyacente al segundo cabezal de pistón 342. En algunos ejemplos, cuando el primer dispositivo de disposición 386 se dispone por encima del primer cabezal de pistón 340 como se describió anteriormente, el segundo dispositivo de disposición 388 puede disponerse de manera similar por encima del segundo cabezal de pistón 342 como se muestra en la Figura 9 de manera que el elemento magnético 378 y el elemento magnético 382 estén relativamente dispuestos. En esta disposición, la atracción magnética entre el elemento magnético 378 y el elemento magnético 382 empuja el extremo distal 372 de la segunda biela 352 hacia la ventana 254 del cilindro 250 de modo que la segunda biela 352 sea fácilmente accesible para acoplar el elemento esférico 304 con el extremo distal 372 de la segunda biela 352.

Como tal, la herramienta de ensamble 384 que incluye el primer y segundo dispositivos de disposición 388 se configura y utiliza para disponer temporalmente los extremos distales de la primera y segunda bielas 350 y 352 hacia la ventana 254 del cilindro 250 juntos de modo que el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260 se acopla fácil y completamente con los extremos distales (y queda atrapado entre ellos) de la primera y segunda bielas 350 y 352. Una vez que se completa el acoplamiento entre el elemento esférico del conjunto de placa oscilante y las bielas del conjunto de pistón, puede retirarse la herramienta de ensamble 384. Después de retirar la herramienta de ensamble 384, los elementos magnéticos 368 y 378 no tienen ningún efecto sobre el funcionamiento del compresor 200.

Cuando el conjunto de placa oscilante 260 se inclina orbitalmente mediante la rotación del eje impulsor 210, la primera biela 350 y la segunda biela 352 pueden moverse ligeramente fuera de un eje longitudinal A2 del conjunto de pistón 270. Tal movimiento fuera del eje de la primera y segunda bielas 350 y 352 acomoda el movimiento no axial del elemento esférico 304 dentro del cilindro 250, que reduce así las cargas laterales del conjunto de pistón 270 al cilindro 250.

En algunos ejemplos, la primera biela 350 y la segunda biela 352 se hacen de materiales de baja fricción. Por ejemplo, la primera y la segunda bielas 350 y 352 se hacen de un material que incorpora una poliimida combinada con grafito. Los ejemplos de dicho compuesto incluyen materiales Vespel, tales como Vespel SP-22, fabricado por DuPont (Delaware, EE. UU.). En un ejemplo, la primera y la segunda bielas se forman por un material que incorpora una poliimida con un 40 % de grafito. En otros ejemplos, pueden usarse otras cantidades de grafito u otros tipos de cargas para el compuesto de poliimida.

En el ejemplo ilustrado, se describe principalmente que el conjunto de pistón 270 incluye dos bielas. En otros ejemplos, sin embargo, el conjunto de pistón 270 tiene una biela que conecta operativamente el conjunto de pistón 270 con el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260. En otros ejemplos más, el conjunto de pistón 270 incluye tres o más bielas para conectar el conjunto de pistón 270 con el elemento esférico 304 del conjunto de placa oscilante 260.

Al hacer referencia nuevamente a la Figura 7, los cilindros 250 se disponen alrededor del conjunto de placa oscilante 260, y preferentemente equidistantes del eje de rotación A del eje de transmisión 210. Cuando se hace girar el eje de transmisión 210, la placa concentradora 302 del conjunto de placa oscilante 260 no se configura para girar. Como se muestra en la Figura 4, se proporciona un dispositivo antirrotación oscilante 400 en el compresor 200 para evitar la rotación de la placa concentradora 302 (es decir, un mecanismo antirrotación para el conjunto de placa oscilante). Como tal, el elemento de rodamiento 308 y el dispositivo antirrotación oscilante 400 cooperan para evitar que la placa concentradora 302 gire alrededor del eje de rotación A cuando el eje de transmisión 210 gira. La placa concentradora 302 del conjunto de placa oscilante 260 se tambalea (por ejemplo, se inclina orbitalmente) según lo dictado por un ángulo del eje corto excéntrico 322 del manguito de eje 320.

La Figura 10 ilustra esquemáticamente un ejemplo del dispositivo antirrotación oscilante 400 acoplados al conjunto 260 de placa oscilante. En el ejemplo ilustrado, el dispositivo antirrotación oscilante 400 se configura como una junta de velocidad constante (CV), que incluye un eje de junta 402. Un primer extremo 404 del eje de junta 402 se acopla al segundo orificio 408 en la segunda cara de extremo 312 de la placa concentradora 302, y un segundo extremo opuesto 406 del eje de junta 402 se une de manera flexible a una parte fija de la carcasa 202, tal como el segundo colector 226 y/o la segunda tapa 236.

A medida que el eje de transmisión 210 gira, el dispositivo antirrotación oscilante 400 permite que el manguito del eje 320 (que incluye el eje corto excéntrico 322) imparta un movimiento oscilante a la placa concentradora 302. Cuando se proporcionan tres cilindros 250, tres conjuntos de pistón 270 y tres elementos esféricos 304, los conjuntos de pistón 270 pueden disponerse con 120 grados de separación alrededor del conjunto de placa oscilante 260 y, por lo tanto, moverse alternativamente dentro de sus respectivos cilindros 120 grados desfasados entre sí. También pueden ser posibles otras disposiciones de los conjuntos de pistón en otras realizaciones.

El dispositivo antirrotación oscilante 400, tal como una junta CV, evita el torque de arrastre que de otro modo soportarían los pistones con cargas de flanco en los cilindros. Como tal, el dispositivo antirrotación oscilante 400 puede eliminar la fricción en los pistones y mejorar así la esperanza de vida del pistón y los cilindros.

En otros ejemplos, pueden usarse otros tipos de dispositivo antirrotación oscilante 400, como una junta universal, un pasador simple que se acopla a una superficie de desgaste u otros dispositivos adecuados para prevenir o reducir la rotación de la placa concentradora 302. Un ejemplo de un dispositivo antirrotación oscilante 400 de este tipo se ilustra en las Figuras 16 y 17. Otro ejemplo del dispositivo antirrotación oscilante 400 se ilustra en la Figura 18. En las Figuras 16, 17 y 20, el dispositivo antirrotación oscilante 400 incluye una zapata 472 configurada para hacer contacto y deslizarse contra el exterior del cilindro 250. En algunos ejemplos, la zapata 472 tiene generalmente una forma rectangular y se extiende a lo largo del eje del cilindro 250. La zapata 472 proporciona una superficie de contacto del cilindro 474 configurada para hacer contacto con una superficie exterior del cilindro 250 mientras la zapata 472 se mueve axialmente a lo largo del cilindro 250. En algunos ejemplos, la superficie de contacto del cilindro 474 proporciona una superficie curva que corresponde a la curvatura de la superficie exterior del cilindro 250 contra la zapata 472. La zapata 472 puede tener dos superficies de contacto de cilindro opuestas 474 que contactan las superficies exteriores de los cilindros adyacentes 250, respectivamente. La zapata 472 puede acoplarse de forma pivotante al conjunto de placa oscilante 260. En algunos ejemplos, se proporciona un elemento esférico de zapata 476 para acoplar de manera pivotante la zapata 472 a la placa concentradora 302 del conjunto de placa oscilante 260. En algunas realizaciones, un pasador (no mostrado) se extiende desde la placa concentradora 302 y se fija en un orificio 479 del elemento esférico de la zapata 476. El elemento esférico de la zapata 476 se aloja de forma pivotante en una cavidad 477 de la zapata 472 de manera que la zapata 472 pivota sobre el elemento esférico de la zapata 476.

La zapata 472 puede hacerse de un material que incorpore lubricante seco. En algunas realizaciones, la zapata 472 se hace de un material polimérico compuesto con al menos uno de entre grafito, PTFE (politetrafluoroetileno), bronce y otros materiales. El material polimérico puede ser poliimida (PI), polieteretercetona (PEEK) u otros materiales termoplásticos. Un ejemplo de dicho material compuesto es uno de los polímeros VICTREX PEEK, tal como el 450FC30. En otras realizaciones, la zapata 472 puede hacerse de un material que incorpore una poliimida combinada con grafito. Los ejemplos de dicho compuesto incluyen materiales Vespel, tales como Vespel SP-22, fabricado por DuPont (Delaware, EE. UU.). Además, o alternativamente, la zapata 472 puede revestirse con una capa de materiales resistentes al desgaste y de baja fricción, tales como un material de revestimiento a base de fluoropolímero. Un ejemplo del material fluoropolímero está disponible en Whitford, tal como la serie Xylan 1000 o la serie Xylan 8100. También pueden usarse otros materiales para tal recubrimiento.

En algunos ejemplos, puede proporcionarse una superficie deslizante 478 en el exterior del cilindro 250 de modo que la superficie de contacto del cilindro 474 de la zapata 472 se deslice contra la superficie deslizante 478. En algunos ejemplos, la superficie deslizante 478 puede fabricarse como una almohadilla delgada y puede unirse al exterior del cilindro 250. En otros ejemplos, la superficie deslizante 478 se forma integralmente en el exterior del cilindro 250. La superficie deslizante 478 puede hacerse de material de baja fricción, tal como un material de revestimiento a base de fluoropolímero. Un ejemplo del material de fluoropolímero está disponible en Xylan Coatings, tal como la serie Xylan 1000 o la serie Xylan 8100. También pueden usarse otros materiales para tal recubrimiento.

En algunos ejemplos, la superficie deslizante 478 se rebaja desde el exterior del cilindro 250. En otros ejemplos, la superficie deslizante 478 se nivela con el exterior del cilindro 250. En otros ejemplos, la superficie deslizante 478 se eleva desde el exterior del cilindro 250.

En el ejemplo ilustrado, se proporciona una única zapata 472 al conjunto de placa oscilante 260. En otros ejemplos, sin embargo, el conjunto 260 puede incluir dos o más zapatas 472.

En la Figura 18, el dispositivo antirrotación oscilante 400 proporciona una estructura modificada para conectar la zapata 472 y la placa concentradora 302. Por ejemplo, el dispositivo antirrotación oscilante 400 de la Figura 18 incluye una paleta 486 que reemplaza el elemento esférico de la zapata 476 de las Figuras 16 y 17. La paleta 486 se acopla de forma móvil con la zapata 472. En algunas realizaciones, la paleta 486 puede desplazarse a lo largo de una ranura longitudinal 487 de la zapata 472 (por ejemplo, se mueve verticalmente en la vista lateral de la Figura 18) mientras que la paleta 486 puede pivotar alrededor de un pasador 488 (que puede ser el mismo pasador que se discute con referencia a las Figuras 16 y 17) que se extiende entre la paleta 486 y la placa concentradora 302. La ranura longitudinal 487 puede configurarse para guiar la paleta 486 para que se mueva a lo largo de la misma en una extensión limitada. Puede formarse un punto de pivote 489 en la interfaz entre la paleta 486 y el pasador 488. Al hacer referencia a las Figuras 11-13, el primer colector 224 y el segundo colector 226 se describen con más detalle. En particular, la Figura 11 ilustra esquemáticamente un ejemplo del segundo colector 226, y la Figura 12 ilustra esquemáticamente un ejemplo del primer colector 224. La Figura 13 ilustra esquemáticamente el segundo colector 226 conectado al conjunto de placa oscilante 260, que se acopla a los conjuntos de pistón 270 contenidos dentro de los respectivos cilindros 250.

Como se describió anteriormente, el primer y segundo colectores 224 y 226 se disponen de manera opuesta para capturar los cilindros 250 entre ellos. En algunos ejemplos, el primer y segundo colectores 224 y 226 se configuran simétricamente como un espejo entre sí, de modo que las culatas opuestas realizan la misma función, pero desfasadas 180 grados.

En algunos ejemplos, el segundo colector 226 incluye dos puertos de succión 432 que se proporcionan de forma independiente y se disponen adyacentes entre sí, y dos puertos de escape 434 que se proporcionan de forma independiente y se disponen adyacentes entre sí. De manera similar, el primer colector 224 incluye dos puertos de aspiración 436 que se proporcionan de forma independiente y se disponen adyacentes entre sí, y dos puertos de escape 438 que se proporcionan de forma independiente y se disponen adyacentes entre sí. Los puertos 432 y 434 del segundo colector 226 están en comunicación fluida con los puertos 436 y 438 del primer colector 224, respectivamente, a través de cuatro conductos cruzados 440 (Figuras 3 y 4). En algunos ejemplos, al menos uno de los colectores 224 y 226 incluye elementos de amortiguación. Como tal, al menos uno de los colectores 224 y 226 incluye, se asocia con, o funciona como parte de, colectores de flujo y/o silenciadores integrados. Los conductos de cruce 440 también pueden asociarse o funcionar como parte de los colectores de flujo y/o silenciadores integrados. Como se muestra en las Figuras 3 y 4, el compresor 200 se proporciona de puertos de salida 442. En los ejemplos ilustrados, hay cuatro puertos de salida 442 correspondientes a dos puertos de succión y dos puertos de escape. La configuración de los puertos de salida 442 puede variar. Por ejemplo, los puertos de salida 442 pueden estar en cualquier extremo del compresor 200, en varias ubicaciones radiales o en cualquier combinación de los mismos. En algunos ejemplos, los puertos de salida 442 se forman integralmente con otros componentes del compresor 200, tal como por moldeo o fundición.

La Figura 14 ilustra esquemáticamente un dispositivo de enfriamiento 460 para el compresor 200. El dispositivo de enfriamiento 460 puede diseñarse para enfriar la culata de cilindros. Dado que los componentes (por ejemplo, los cilindros 250) entre el primer y el segundo colectores 224 y 226 se disponen de forma independiente y separados entre sí, el compresor 200 tiene un área de superficie aumentada que puede enfriarse desde el interior del compresor 200. La disposición de cilindros en la presente descripción expone el diámetro interior y el diámetro exterior de los cilindros (que, por ejemplo, se hacen de aluminio), lo que permite el enfriamiento interno. En algunos ejemplos, el dispositivo de enfriamiento 460 incluye una tapa configurada para forzar los gases de enfriamiento a través del compresor 200, en lugar de alrededor del compresor 200. El dispositivo de enfriamiento 460, que proporciona tal enfriamiento interno, puede influir en el flujo de aire para mejorar el enfriamiento de los cilindros de presión. Dado que el enfriamiento se proporciona desde el interior, el dispositivo de enfriamiento 460 también puede reducir el tamaño y el peso del paquete del sistema. Dicho enfriamiento interno también permite el uso de colectores de plástico.

Como se describe aquí, el ejemplo ilustrado del compresor 200 incluye tres cilindros 250, cada uno de los cuales proporciona dos culatas definidas por los cabezales de pistón opuestos de los conjuntos de pistón 270. Uno de los cilindros 250 se usa para producir flujo de presión positiva y los otros dos cilindros 250 se usan para producir flujo de presión negativa. El compresor 200 puede configurarse fácilmente para varias relaciones. Alternativamente, todos los cabezales del compresor 200 se configuran para producir el mismo tipo de salida. En algunos ejemplos, las relaciones pueden ajustarse mediante diámetros de orificio asimétricos. En otros ejemplos, las relaciones se ajustan mediante distancias asimétricas desde el eje de rotación A del eje de transmisión 210. Por ejemplo, al menos uno de los conjuntos de cilindro puede separarse del eje de rotación A del eje de transmisión 210 de manera diferente a los otros conjuntos de cilindro, lo que proporciona una carrera de pistón diferente.

Como se describió anteriormente, el compresor de acuerdo con la presente descripción puede emplear un pistón de doble cabezal y un cilindro de una sola pieza para el pistón. Esta configuración elimina disposiciones voluminosas de cilindros multicomponente que requieren una alineación de alta tolerancia entre pistones y cilindros (por ejemplo, en las direcciones X e Y en un plano transversal al eje longitudinal de los pistones y cilindros).

Además, la configuración de pistón y cilindro de la presente descripción habilita los colectores tipo panqueque compactos y livianos (es decir, el primer y segundo colectores 224 y 226), que proporcionan superficies de ensamble del cilindro que controlan la alineación del cilindro en la dirección Z (es decir, el eje longitudinal del pistón y el cilindro). Tal alineación mejorada en la dirección Z del pistón y el cilindro reduce el volumen muerto dentro de las cámaras de compresión en el cilindro.

Como tal, el compresor de la presente descripción proporciona un compresor ligero, de bajo coste y de poco ruido y un concentrador de oxígeno que utiliza el mismo.

Aunque el compresor de la presente descripción se describe principalmente para su uso con un concentrador de oxígeno, el compresor también puede usarse en diversas aplicaciones. Ejemplos de tales aplicaciones incluyen un ventilador médico, un concentrador de nitrógeno, un compresor de gas natural, un compresor crioenfriador, una bomba de aireación para tratamiento de agua, equipos científicos y compresores de aire/bombas de vacío para múltiples propósitos.

Un ventilador médico es un ventilador mecánico diseñado para mover aire respirable dentro y fuera de los pulmones, y para proporcionar respiración a un paciente que no puede respirar físicamente o que no respira lo suficiente. El compresor de la presente descripción puede utilizarse en un ventilador médico de este tipo para proporcionar aire comprimido.

Puede usarse un concentrador o generador de nitrógeno para concentrar nitrógeno para diversos usos, tal como bebidas. Los concentradores de nitrógeno pueden configurarse y operar de manera similar a un concentrador de oxígeno como se describe en este documento.

Un compresor de gas natural es un dispositivo para aumentar la presión de un gas natural al reducir su volumen. El compresor de la presente descripción puede configurarse y usarse para tal compresor de gas natural.

Un enfriador criogénico es un enfriador para enfriar alguna aplicación particular a temperaturas criogénicas. Un ejemplo de enfriadores criogénicos son los enfriadores Gifford-McMahon (GM), que pueden usarse en muchos sistemas de baja temperatura, tales como resonancias magnéticas y bombas criogénicas. Al menos algunas realizaciones de refrigeradores GM incluyen un compresor, que puede implementarse por el compresor de la presente descripción. Otro ejemplo de enfriadores criogénicos son los enfriadores Joule-Thomson (JT). Al menos algunas realizaciones de refrigeradores JP incluyen un compresor, y el compresor de la presente descripción puede usarse para ese propósito.

El compresor de la presente descripción también puede usarse para bombas de aireación para diversos fines (por ejemplo, tratamiento de agua), que usan oxígeno u ozono.

El equipo científico también puede emplear el compresor de la presente descripción. Dicho equipo científico incluye analizadores de gas y otros equipos científicos o de investigación adecuados.

El compresor de la presente descripción puede implementar bombas de vacío/compresor de aire para múltiples propósitos, tales como odontología, preparación de alimentos, fabricación de productos farmacéuticos, pintura en aerosol, servicio de aire de taller general y otros propósitos adecuados.

La Figura 19 es una vista esquemática en sección transversal de otra realización ejemplar del compresor 200. En esta realización, el compresor 200 no incluye una junta universal ya que el dispositivo antirrotación oscilante 400 como se ilustra, por ejemplo, en la Figura 4. En cambio, como se ilustra, por ejemplo, en las Figuras 16, 17 y 20, el compresor 200 incluye otro mecanismo antirrotación oscilante para el conjunto de placa oscilante, tal como la zapata 472 y los componentes asociados como se describe en el presente documento. Además, el compresor 200 de la Figura 19 puede incluir uno o más mecanismos antirrotación de pistón, como se describe en el presente documento. Un ejemplo de los mecanismos antirrotación del pistón incluye los postes 482 y las pestañas 502 de la placa concentradora 302, como se describió anteriormente. Los postes 482 y/o la placa concentradora 302 (al menos sus pestañas 502) pueden hacerse de un material que incorpore lubricante seco. En algunas realizaciones, los postes 482 y/o la placa concentradora 302 (al menos sus pestañas 502) se hacen de un material polimérico compuesto con al menos uno de grafito, PTFE, bronce y otros materiales. El material polimérico puede ser poliimida (PI), polieteretercetona (PEEK) u otros materiales termoplásticos. Un ejemplo de dicho material compuesto es uno de los polímeros VICTREX PEEK, tal como el 450FC30. En otras realizaciones, los postes 482 y/o la placa concentradora 302 (al menos sus pestañas 502) pueden hacerse de un material que incorpore una poliimida combinada con grafito. Los ejemplos de dicho compuesto incluyen materiales Vespel, tales como Vespel SP-22, fabricado por DuPont (Delaware, EE. UU.). Además, o alternativamente, los postes 482 y/o la placa concentradora 302 (al menos sus pestañas 502) pueden recubrirse con una capa de materiales resistentes al desgaste y de baja fricción, tales como un material de recubrimiento a base de fluoropolímero. Un ejemplo del material fluoropolímero está disponible en Whitford, tal como la serie Xylan 1000 o la serie Xylan 8100. También pueden usarse otros materiales para tal recubrimiento.

Al hacer referencia a las Figuras 21-22 y 24-25, se ilustra otro ejemplo de los mecanismos antirrotación de pistón. En este ejemplo, se proporciona un bloque de guía de pistón o tapón 520 para guiar el movimiento axial del conjunto de pistón 270 dentro del cilindro 250 y evitar la rotación del conjunto de pistón 270 con respecto al cilindro 250. En algunas realizaciones, el obturador de guía del pistón 520 se inserta a través de un orificio 510 del cilindro 250 y se acopla con una ranura axial 512 definida en el poste 482. El orificio 510 del cilindro 250 se configura para corresponder a la forma del obturador de guía del pistón 520, de manera que el obturador de guía del pistón 520 se fije con respecto al cilindro 250. En el ejemplo ilustrado, se usa un sujetador (por ejemplo, un tornillo) 524 para montar el obturador de guía del pistón 520 en el cilindro 250. En otros ejemplos, pueden utilizarse otros métodos, tal como el encolado, para montar el obturador de guía del pistón 520 en el cilindro 250.

El obturador de guía del pistón 520 se dispone para extenderse dentro de la ranura 512 del poste 482 del conjunto de pistón 270 y, por tanto, guía el movimiento del conjunto de pistón 270 cuando el conjunto de pistón 270 se mueve axialmente dentro del cilindro 250. La ranura 512 se extiende axialmente y tiene una anchura que corresponde o ligeramente mayor que el tamaño del obturador de guía del pistón 520. Por lo tanto, el obturador de guía del pistón 520 se restringe lateralmente dentro de la ranura 512 y, por lo tanto, la ranura 512 puede limitar o evitar que el conjunto de pistón 270 gire alrededor de su propio eje cuando el conjunto de pistón 270 se mueve axialmente dentro del cilindro 250.

En este ejemplo, el obturador de guía del pistón 520 se configura con una sección transversal ovalada. También son posibles otras formas en otros ejemplos.

En algunas realizaciones, el obturador de guía del pistón 520 se hace del mismo material que el poste 482 y/o el cilindro 250. En algunas realizaciones, el obturador de guía del pistón 520 puede hacerse de un material que incorpore lubricante seco. En algunas realizaciones, el obturador de guía del pistón 520 se hace de un material polimérico compuesto con al menos uno de grafito, PTFE, bronce y otros materiales. El material polimérico puede ser poliimida (PI), polieteretercetona (PEEK) u otros materiales termoplásticos. Un ejemplo de dicho material compuesto es uno de los polímeros VICTREX PEEK, tal como el 450FC30. En otras realizaciones, el obturador de guía del pistón 520 puede hacerse de un material que incorpore una poliimida combinada con grafito. Los ejemplos de dicho compuesto incluyen materiales Vespel, tales como Vespel SP-22, fabricado por DuPont (Delaware, EE. UU.). Además, o alternativamente, el obturador de guía del pistón 520 puede revestirse con una capa de materiales resistentes al desgaste y de baja fricción, tales como un material de revestimiento a base de fluoropolímero. Un ejemplo del material fluoropolímero está disponible en Whitford, tal como la serie Xylan 1000 o la serie Xylan 8100. También pueden usarse otros materiales para tal recubrimiento.

En algunas realizaciones, el elemento de rodamiento 308 del conjunto de placa oscilante 260 puede configurarse como una pluralidad de rodamientos. En el ejemplo ilustrado de la Figura 23, el elemento de rodamiento 308 incluye dos rodamientos 540 y 542, que pueden montarse en la placa concentradora 402 y el eje de transmisión 210 de manera similar a como se describe en la Figura 4.

En algunas realizaciones, el manguito del eje 320 y el elemento de rodamiento 308 se disponen de manera que un centro C de dos rodamientos 540 y 542 se ubican en la intersección del eje de rotación A del eje de transmisión 210 y el eje longitudinal A3 del eje corto excéntrico 322 del manguito del eje 320. Esta disposición puede asegurar que el conjunto de placa oscilante 260 se mueva como se desee. En otras realizaciones, también pueden ser posibles otras configuraciones.

Como se describe en el presente documento, el compresor de placa oscilante de acuerdo con la presente descripción puede configurarse como un compresor seco que usa lubricantes secos en varios lugares. El compresor de placa oscilante de la presente descripción puede eliminar el uso de lubricantes viscosos (por ejemplo, aceite o grasa) en varias partes del compresor. En algunas realizaciones, tales partes del compresor se hacen o revisten con materiales que no requieren lubricantes viscosos, como se describe a lo largo de este documento. Por ejemplo, la biela 350, 352 y el elemento esférico 304 se hacen o revisten con materiales de baja fricción, y configurados como se describe aquí, de modo que no se requiere lubricante viscoso en la interfaz entre ellos. Además, la biela 350, 352 y el cabezal del pistón 340, 342 se fabrican o revisten con materiales de baja fricción, y configuradas como se describe en este documento, de modo que puedan funcionar sin lubricante viscoso en la interfaz. Además, en algunos ejemplos, el cabezal del pistón 340, 342 y el cilindro 250 se hacen o revisten con materiales de baja fricción, de modo que el cabezal del pistón 340, 342 se recibe alternativamente dentro del cilindro 250 sin lubricante viscoso entre el diámetro exterior del cabezal del pistón 340, 342 y la pared del cilindro (por ejemplo, el diámetro interior del cilindro 250). Las estructuras antirrotación oscilantes y las estructuras antirrotación del pistón como se describen en el presente documento también son algunos de los ejemplos que permiten que el compresor esté libre de lubricante viscoso.

Los diversos ejemplos y enseñanzas descritos anteriormente se proporcionan solo a modo de ilustración y no deben interpretarse como limitantes del alcance de la presente descripción. Los expertos en la técnica reconocerán fácilmente diversas modificaciones y cambios que pueden realizarse sin seguir los ejemplos y aplicaciones ilustrados y descritos en el presente documento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un compresor de placa oscilante (200) que comprende:

un motor (220) que hace girar un eje (210) alrededor de un eje de rotación;

una placa oscilante (260) que tiene al menos un elemento de unión distal (304), la placa oscilante (260) acoplada al eje (210) de modo que el elemento de unión distal (304) se mueve alternativamente al girar el eje; y

un conjunto de pistón de doble cabezal (270); y caracterizado por

al menos un cilindro (250) que se hace integralmente como una sola pieza, que recibe el conjunto de pistón de doble cabezal (270) para definir dos cámaras de compresión, el cilindro que incluye una ventana (254) a través de la cual la placa oscilante (260) se acopla con el conjunto de pistón (270) de manera que el miembro de unión distal (304) penetra en el conjunto de pistón (270) por lo que el conjunto de pistón se mueve alternativamente dentro del cilindro (250) a lo largo de un segundo eje paralelo al eje de rotación al girar el eje (210) y el miembro de unión distal (304) se mueve alternativamente de manera general en una trayectoria axial a lo largo del segundo eje.

2. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo antirrotación oscilante (400) configurado para evitar la rotación de la placa oscilante.

3. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 2, en donde el dispositivo antirrotación oscilante (400) incluye una zapata (472) acoplada de forma pivotante a la placa oscilante y configurada para deslizarse contra el exterior del cilindro (250).

4. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo antirrotación del pistón (400) configurado para evitar la rotación del conjunto de pistón con respecto al cilindro (250).

5. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 4, en donde el dispositivo antirrotación del pistón (400) incluye una brida (502) proporcionada a la placa oscilante y configurada para deslizarse contra una parte del conjunto de pistón (270), en donde opcionalmente la parte del conjunto de pistón incluye un poste (482) que se extiende entre los cabezales opuestos del conjunto de pistón.

6. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 4, en donde el dispositivo antirrotación del pistón (400) incluye un obturador de guía de pistón (520) que se acopla con una ranura axial del conjunto de pistón (270) y se limita lateralmente dentro de la ranura axial (512).

7. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 1, en donde el conjunto de pistón (270) incluye bielas opuestas (350, 352) que se acoplan al miembro de unión distal (304) de la placa oscilante (260), en donde opcionalmente el compresor de placa oscilante comprende además una herramienta de ensamble (384) configurada para ajustar temporalmente las bielas (350, 352) en una disposición predeterminada con respecto al miembro de unión distal (304) de la placa oscilante (260).

8. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 1, en donde:

(i) el miembro de unión distal (304) incluye un elemento esférico; o

(ii) el compresor de placa oscilante se hace, al menos parcialmente, de un material que incorpora lubricante seco.

9. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 1, en donde:

(i) al menos un cilindro (250) incluye al menos un cilindro de vacío o al menos un cilindro de presión; o (ii) el compresor de placa oscilante comprende además una pluralidad de cilindros que incluyen al menos dos cilindros de vacío (250B, 250C) y un cilindro de presión (250A).

10. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 1, en donde:

(i) la placa oscilante (260) se une al eje (210) mediante al menos un rodamiento en un ángulo con respecto al eje para inclinarse orbitalmente alrededor del eje de rotación; o

(ii) el miembro de unión distal (304) se mueve alternativamente de manera sustancial en una órbita tridimensional definida generalmente a lo largo del segundo eje.

11. Un concentrador de oxígeno que comprende:

un concentrador; y

un compresor de placa oscilante (200) que incluye:

un motor (220) que hace girar un eje (210) alrededor de un eje de rotación;

una placa oscilante (260) que tiene al menos dos bolas (304), cada bola en una porción distal diferente de la placa oscilante (260), la placa oscilante acoplada al eje (210) de modo que cada bola se mueve alternativamente al girar el eje;

un conjunto de pistón de doble cabezal (270); y

al menos un cilindro de una sola pieza (250) que recibe el conjunto de pistón de doble cabezal (270) para definir dos cámaras de compresión, el cilindro que incluye una ventana (254) a través de la cual la placa oscilante (26) se acopla con el conjunto de pistón (270) de tal manera que una de las bolas (304) penetra en el conjunto de pistón (270) y el pistón se une a la bola asociada por lo que el pistón se mueve alternativamente dentro del cilindro (250) a lo largo de un segundo eje paralelo al eje de rotación sobre la rotación del eje (210) y la bola se mueve alternativamente de manera general en una trayectoria axial a lo largo del segundo eje del cilindro (250).

12. El concentrador de oxígeno de la reivindicación 11, en donde cada pistón incluye dos varillas opuestas (250, 352) que se acoplan a su bola asociada en la placa oscilante.

13. El concentrador de oxígeno de la reivindicación 11, en donde la placa oscilante (260) se une al eje (210) mediante al menos un rodamiento en un ángulo con respecto al eje (210) para inclinarse orbitalmente alrededor del eje de rotación.

14. El concentrador de oxígeno de la reivindicación 11, en donde:

(i) el concentrador es un concentrador de absorción por oscilación de presión; o

(ii) el concentrador es un concentrador de absorción por oscilación de presión al vacío; o

(iii) la bola se mueve alternativamente de manera sustancial en una órbita tridimensional definida generalmente a lo largo de un eje del cilindro.

15. El compresor de placa oscilante de la reivindicación 7, que comprende la herramienta de ensamble (384) configurada para ajustar temporalmente las bielas (350, 352) en una disposición predeterminada con respecto al miembro de unión distal (304) de la placa oscilante (260), que comprende además un primer elemento magnético (368) montado en al menos una biela (350, 352) y en donde la herramienta de ensamble incluye un segundo elemento magnético (380) configurado para atraer magnéticamente el primer elemento magnético (368) de al menos una biela (350, 352) para desviar al menos una biela a una posición predeterminada cuando la herramienta de ensamble (384) se dispone junto al cabezal del pistón (340) en la ubicación predeterminada.