压缩机的制作方法

专利名称：压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体压缩机的领域。
背景技术：
氧气具有许多重要的医学用途，例如包括帮助患有充血性心力衰竭或其他疾病的患者。补给的氧气允许患者接收比在环境大气中存在的氧气更多的氧气。用于传送这种氧气的系统和方法通常包括作为部件的压缩机。例如，美国专利No. 5，988，165公开了用于此目的的直列式(inline)压缩机的用途，美国专利No. 6，923，180公开了用于此目的的径向压缩机的用途，以及美国专利申请公布No. 2007/0065301公开了用于此目的的直列式压缩机。美国专利No. 5，988，165和No. 6，923，180以及美国专利申请公布No. 2007/0065301以引用的方式全文结合到本文。

发明内容
本申请公开了气体压缩机的实施方式，例如适于压缩氧气的压缩机。在一个示例性实施方式中，用于压缩气体的压缩机包括第一、第二、第三和第四气缸。第一气缸的中心轴线通常平行于第二气缸的中心轴线，第三气缸的中心轴线通常平行于第四气缸的中心轴线。第一气缸和第二气缸的轴线相对于第三气缸和第四气缸的轴线定向成角度，以形成V4 气缸构造。第一、第二、第三和第四活塞设置在第一、第二、第三和第四气缸中。曲轴具有主轴以及驱动第一、第二、第三和第四活塞的仅两个偏心驱动本体。在一个示例性实施方式中，压缩机包括曲轴，所述曲轴具有主轴，所述主轴包括所述曲轴旋转所绕的曲轴轴线。所述曲轴包括第一和第二圆形驱动本体，所述第一和第二圆形驱动本体从曲轴轴线径向向外延伸并且与曲轴轴线偏心。第一圆形连杆驱动本体邻接第二圆形连杆驱动本体，两个驱动杆或连杆可旋转地连接到第一圆形连杆驱动本体和第二圆形连杆驱动本体中的每一个，使得第一和第二圆形连杆本体绕曲轴轴线的旋转使四个驱动杆或连杆往复运动。


通过阅读下述详细说明结合附图，本发明的其他特征和优势对于本发明所属领域的普通技术人员而言将是显而易见，在附图中
图1是根据示例性实施方式的压缩机的透视图IA是如图1所示的压缩机的第二透视图，示出了压缩机的曲轴和驱动杆； 图IB是大致沿如图1中的线1B-1B所示的平面截取的截面图；图2是沿如图1中的线2-2所示的平面截取的截面透视图； 图2A是沿如图1中的线2-2所示的平面截取的截面图； 图3是沿如图1中的线3-3所示的平面截取的截面透视图； 图3A是沿如图1中的线3-3所示的平面截取的截面图； 图4是曲轴、驱动杆和活塞的组件的透视图； 图5是如图4所示的组件的分解透视图； 图6A是曲轴的第一实施方式的透视图； 图6B是沿如图6A中的线6B-6B所示的平面截取的截面透视图； 图6C是沿图6A中的线6C-6C截取的视图； 图6D是沿图6C中的线6D-6D截取的视图； 图7A是曲轴的第二实施方式的透视图； 图7B是沿如图7A的线7B-7B所示的平面截取的截面透视图； 图7C是沿图7A中的线7C-7C截取的视图； 图7D是沿图7C中的线7D-7D截取的视图8A是沿线2-2截取的截面透视图，其中部件被移除以描述气缸和活塞组件； 图8B是图8A的第二透视图，其中部件被分解以描述气缸中的活塞的组装； 图9是形成图1的压缩机的一部分的第一气缸盖组件的截面图； 图10是形成图1的压缩机的一部分的第二气缸盖组件的截面图； 图IlA是限定间隔器的流动路径的透视图； 图IlB是沿图IlA中的线11B-11B截取的截面透视图12是本发明的第一示例性系统的示意图，该第一示例性系统包括用于提供供患者使用的富含氧的气体的压缩机；以及
图13是本发明的第二示例性系统的示意图，该第二示例性系统包括用于提供供患者使用的富含氧的气体的压缩机。
具体实施例方式如本文所使用的，当一个或多个部件描述为被连接、结合、固定、联接、附连或以其他方式互连时，这种互连可以是部件之间的直接互连或者可以是例如通过利用一个或多个中间部件的间接互连。同样如本文所使用的，术语“构件”、“部件”或“部分”应当不局限于单个结构化构件、部件或元件，而可包括多个部件、多个构件或多个元件的组件。图1示出了压缩机10的示例性实施方式。压缩机10包括气缸组件12以及第一和第二气缸盖110A、110B。气缸组件12能够采用宽泛多样的不同形式。在如图1所示的示例中，气缸组件包括底座13、第一套筒14A、第二套筒14B、第三套筒14C和第四套筒14D。 参考图2和图3，在示例性实施方式中，第一套筒14A包括下部部件20A和上部部件30A(图 2)，第二套筒包括下部部件20B和上部部件30B (图2)，第三套筒14C包括下部部件20C和上部部件30C (图3)，并且第四套筒14D包括下部部件20D和上部部件30D (图3)。套筒可以采用宽泛多样的不同形式。能够使用提供气缸的任何构造。例如，气缸中的一个或多个可以形成为仅单一部件。第一和/或第二套筒和/或第三和第四套筒可以由单件或单块形成。
参考图2和图3，下部套筒部件20A、20B、20C、20D每个均具有开口 ^A-26D。开口 ^A-26D可以采用各种不同的形式。开口 ^A-26D中的一个或多个可以构造成用作导向件。 此外，开口 26A-26D中的一个或多个可以与其他开口 26A-26D中的一个或多个具有相同的尺寸。在所述的实施方式中，开口 26A邻近于开口 26B并且与该开口 26B成直列，并且导向开口 26C邻近于开口 26D并且与该开口 26D成直列。参考图1B，在示例性实施方式中，导向开口沈AJ6B与导向开口 26C、26D之间的角度θ是大约90度。例如，在一个示例性实施方式中，角度θ可以是在80与100度的范围内的角度，例如是在85与95度之间的角度。参考图2和图3，上部套筒部件30A-30D包括开口或气缸36A-36D。气缸36A-36D 可以采用各种不同的形式。气缸36A-36D与开口 26A-26D成直列。由此，在气缸36Α、36Β 与气缸36C、36D之间限定角度Θ。由此，气缸36A-36D具有大致“V4”构造。也就是说，气缸36A、36B的中心轴线37A、37B相对于气缸36C、36D的中心轴线37C、37D形成“V”形(见图1B)。从图1、图2和图3中能够看到，在所述的实施方式中，中心轴线37A-37D每个均彼此轴向偏移。 参考图2和图3，压缩机包括多个活塞40A-40D，这些活塞40A-40D与气缸36A-36D 具有一一对应关系。第一活塞40A定位在第一气缸36A中并且被支承用于在第一气缸中滑移(往复运动)(图2)。第二活塞40B定位在第二气缸36B中并且被支承用于在第二气缸中滑移(往复运动)(图2)。第三活塞40C定位在第三气缸36C中并且被支承用于在第三气缸中滑移(往复运动)(图3)。第四活塞40D定位在第四气缸36D中并且被支承用于在第四气缸中滑移(往复运动)(图3)。气缸36A-36D及相应活塞40A-40D具有变化直径，且因此每个活塞40A-40D在其相应气缸中的冲程导致在每个活塞的冲程期间不同的气体排量。具有彼此不同的冲程的活塞40A-40D构思可以可选地实施在压缩机10中。如果活塞的冲程彼此不同，那么活塞中的一个或多个可以与一个或多个其他活塞具有相同的直径。在所述的实施方式中，第一气缸 36A具有最大直径、第二气缸36B比第一气缸小、第三气缸36C更小，并且第四气缸36D最小。在其他实施方式中，压缩机可以具有多于四个的气缸或少于四个的气缸。如上所述，上部套筒30A-30D与下部套筒20A-20D接合。下部导向套筒中的开口 26A-26D与上部气缸套筒中的气缸36A-36D对齐。压缩机10可以包括可滑动地设置在开口 26A-26D中的一个或多个导向件。参考图2至图4，压缩机包括可滑动地设置在开口 26B-26D 中的导向件42B-42D，并且在所示的实施方式中，在第一开口 26A中不包括导向件。然而， 导向件可以被包括在全部的开口 26A-26D中或者可以包括任何数量的导向件。所示导向件 42B-42D由曲轴50和连杆52B-52D驱动，如下文所述的。所示连杆52B-52D每个均包括分别被枢转连接到曲轴50和导向件42B-42D的第一环部5!3B-53D和第二环部55B-55D(见图 2和图3)。在所示的实施方式中，在开口 ^A中未设置导向件。第一活塞40A被固定用于随驱动杆或连杆52A移动。该结构被称为“摇摆活塞”，这是因为当活塞40A在气缸36A中移动时，将活塞40A固定到连杆52A引起一些量的倾斜或摇摆。替代地，第一活塞40A能够以常规方式可枢转地连接到连杆52A。在该实施方式中，第一活塞40A将在气缸36A中滑动而不存在显著的倾斜或摇摆。所示的连杆或驱动杆52A包括用于可旋转地连接到曲轴50的环部53A。
参考图2A，所示导向件42B包括第一部分4 和第二部分44B。导向件42B的第一部分4 位于开口 ^B中并且被支承用于在该开口中进行滑移(往复运动)。导向件42B 的第二部分44B位于气缸36B中并且被支承用于在气缸36B中进行滑移(往复运动)。在如图2和图2A所示的实施方式中，第二活塞40B与导向件42B分离并且未被附接到该导向件。在该实施方式中，在压缩冲程(如图2A中的箭头45所示的)期间，导向件42B迫使第二活塞40B朝向气缸36B的端表面32B或盖端。在充气冲程(如图2A中的箭头46所示)期间，由第一活塞40A施加到气缸36B的气压迫使第二活塞40B朝向气缸的端表面34B或曲轴端。在示例性实施方式中，在整个压缩冲程以及整个充气冲程两者期间，第二活塞40B保持与导向件42B的第二部分44B接触。在另一实施方式中，第二活塞40B被固定或连接成随导向件42B运动。参考图3A，所示导向件42C包括第一部分43C和第二部分44C。导向件42C的第一部分43C位于开口 ^C中并且被支承用于在该开口中进行滑移(往复运动)。导向件42C 的第二部分44C位于气缸36C中并且被支承用于在气缸36C中进行滑移(往复运动)。在如图3所示的实施方式中，第三活塞40C与导向件42C分离并且未被附接到该导向件。在该实施方式中，在压缩冲程(如图3A中的箭头45所示)期间，导向件42C迫使第三活塞40C朝向气缸36C的端表面32C或盖端。在充气冲程(如图3A中的箭头46所示)期间，由第二活塞 40B施加到气缸36C的气压迫使第三活塞40C朝向气缸的端表面34C或曲轴端。在示例性实施方式中，在整个压缩冲程以及整个充气冲程两者期间，第三活塞40C保持与导向件42C 的第二部分44C接触。在另一实施方式中，第三活塞40C被固定或连接成随导向件42C运动。参考图3A，所示导向件42D包括第一部分43D和第二部分44D。导向件42D的第一部分43D位于开口 26D中并且被支承用于在该开口中进行滑移(往复运动)。导向件42D的第二部分44D位于气缸36D中并且被支承用于在气缸36D中进行滑移(往复运动)。在如图 3A所示的实施方式中，第四活塞40D与导向件42D分离并且未被附接到该导向件。在该实施方式中，在压缩冲程(如图3A中的箭头45所示)期间，导向件42D迫使第四活塞40D朝向气缸36C的端表面32D或盖端。在充气冲程(如图3A中的箭头46所示)期间，由第三活塞 40C施加到气缸36D的气压迫使第四活塞40D朝向气缸的端表面34D或曲轴端。在示例性实施方式中，在整个压缩冲程以及整个充气冲程两者期间，第四活塞40D保持与导向件42D 的第二部分44D接触。在另一实施方式中，第四活塞40D被固定或连接成随导向件42D运动。参考图2和图3，曲轴50 (将在下文详细描述)被支承以绕曲轴轴线X在第一和第二轴承62、68中旋转。第一和第二轴承62、68由定位在压缩机底座13的每端的第一和第二轴承支承件讨和56安装到该底座13上。参考图4，曲轴50形成用于驱动活塞40A-40D在气缸36A-36D中运动的压缩机10 的驱动机构79的一部分。驱动机构79包括曲轴50、驱动杆或连杆52A-52D、以及导向件 42B-42D。然而，可以使用多种类型的不同驱动机构。在其他实施方式中，曲轴能够以其他方式被连接到或联接到活塞40A-40D，例如使用连杆或驱动杆但没有导向件。图6A-6D以及图7A-7D描述了曲轴50的两个实施方式。在如图6A-6D以及图7A-7D 所示的实施方式中，曲轴50由单件形成(或焊接到一起以形成单件)。然而，曲轴50可以由
8多件形成，该多件被组装到一起并且能够被拆卸。曲轴50包括主轴70，该主轴具有由定中心在压缩机10的曲轴轴线X上的圆柱形外表面限定的大致圆柱形构造。在压缩机10的操作期间，曲轴50绕曲轴轴线X旋转。在所示的实施方式中，主轴70具有带外部螺纹的相对端部78和80。参考图1-3，主轴70被接收并支承在第一和第二轴承62和68中。参考图6A-6D以及图7A-7D，在所示的实施方式中，曲轴50还包括第一和第二圆形连杆驱动本体84A、84B，这些圆形连杆驱动本体从曲轴轴线X径向向外延伸并且相对于曲轴轴线X偏心。在所示的实施方式中，本体84A、84B为了便于制造而彼此相同。然而，本体 84A、84B可具有不同尺寸，例如使得本体84A提供与本体84B不同的冲程。参考图6D和图 7D，偏心本体84A、84B中的每个均具有圆柱形构造，其中每个圆柱体具有平行于曲轴轴线X 但从该曲轴轴线X间隔开的中心轴线85A、85B。在所示的实施方式中，中心轴线85A和中心轴线85B远离曲轴轴线X以相同距离dl设置，并且在中心轴线85A、曲轴轴线X和中心轴线85B之间形成大约180的角度β (见图6D)。然而，本体84Α、84Β能够以任何方式相对于曲轴轴线定位，以实现被联接到这些本体的曲柄或驱动杆54A-54D的期望运动。在所示的实施方式中，被安装到轴承62、68的主轴部70的直径小于圆形连杆驱动本体84Α、84Β的直径。参考图4，在示例性实施方式中，第一和第二圆形连杆驱动本体84Α、84Β是曲轴仅有的连杆驱动本体。在该实施方式中，每个连杆驱动本体都驱动两个连杆或驱动杆 54A-54D，如将在下文更详细描述的。然而，能够包括任何数量的连杆驱动本体。例如，针对每个连杆或驱动杆可以包括一个连杆驱动本体。此外，一个或多个连杆驱动本体可以驱动一个连杆或驱动杆，并且一个或多个连杆驱动本体可以驱动两个或更多个连杆或驱动杆。连杆驱动本体84Α、84Β可以采用各种多样的不同形式。在如图6A-6D以及图7A-7D 所示的实施方式中，连杆驱动本体84Α、84Β每个均形成为单一连续圆柱体。所示连续圆柱体与主轴70整体地形成。在另一实施方式中，连杆驱动本体是与主轴70组装的两个独立形成的连续圆柱形构件。两个独立形成的连续圆柱形构件可以是相同的或可以具有不同的尺寸以提供不同的冲程。在如图6A-6D所示的实施方式中，第一连杆驱动本体84Α邻接第二连杆驱动本体 84Β。第一连杆驱动本体84Α可以与第二连杆驱动本体84Β整体地形成，或者连杆驱动本体 84Α、84Β可以是被固定到一起的分离部件。在如图6A-6D所示的示例中，第一连杆驱动本体 84Α仅在其与第二连杆驱动本体84Β之间的重叠区域处被连接到该第二连杆驱动本体84Β。在如图7A-7D所示的实施方式中，第一连杆驱动本体84Α由设置在第一连杆驱动本体84Α与第二连杆驱动本体84Β之间的圆盘86连接到该第二连杆驱动本体84Β。连杆驱动本体84Α、84Β可以彼此分离并且然后被固定到圆盘86，或者连杆驱动本体84Α、圆盘86 和连杆驱动本体84Β可以整体地形成。在如图7A-7D所示的实施方式中，圆盘86定中心在曲轴轴线X上。参考图7D，所示圆盘具有外圆周87，该外圆周位于第一和第二连杆驱动本体84Α和84Β两者的外圆周的径向外部。如图2和图2Α所示，连杆52Α被连接在第一活塞40Α和第一偏心连杆驱动本体 84Α之间，连杆52Β被连接在导向件42Β (其驱动第二活塞40Β)和第二偏心连杆驱动本体 84Β之间。在所示的实施方式中，环53Α围绕本体84Α设置以将连杆52Α可旋转地连接到本体84A。可以在环53A和本体84A之间设置轴承。环53B围绕本体84B设置以将连杆52B 可旋转地连接到本体84B。可以在环5 和本体84B之间设置轴承。销90B延伸穿过环部 55B以将导向件42B与连杆52B可枢转地连接。参考图3和图3A，连杆52C被连接在导向件42C (其驱动第三活塞40C)和第一偏心连杆驱动本体84A之间，连杆52D被连接在导向件42D (其驱动第四活塞40D)和第二偏心连杆驱动本体84B之间。在所示的实施方式中，环53C围绕本体84A设置以将连杆52C 可旋转地连接到本体84A。可以在环53C和本体84A之间设置轴承。销90C延伸穿过环部 55C以将导向件42C可枢转地连接到连杆52C。环53D围绕本体84B设置以将连杆52D可旋转地连接到本体84B。可以在环53D和本体84B之间设置轴承。销90D延伸穿过环部55D 以将导向件42D与连杆52D可枢转地连接。第一偏心连杆驱动本体84A驱动第一活塞40A和第三活塞40C两者。参考图1B， 由于活塞的“V”形构造，随着曲轴的旋转，第三活塞40C的运动以“V”形的角度θ (在所示的实施方式中，大约90度)跟随或滞后于第一活塞40Α的运动。第二偏心连杆驱动本体 84Β驱动第二和第四活塞40B、40D两者。由于第一和第二连杆驱动本体84A、84B关于曲轴轴线X的角距离β，随着曲轴的旋转，第二活塞40B的运动以角距离β的角度(在所示的实施方式中，大约180度)跟随或滞后于第一活塞40Α的运动。由于活塞的“V”形构造，随着曲轴的旋转，第四活塞40D的运动以“V”形的角度θ (在所示的实施方式中，大约90度) 跟随或滞后于第二活塞40Β的运动。主轴70绕曲轴轴线X的旋转导致活塞40A-40D在气缸36A-36D中的往复运动。驱动带轮(未示出)可以定位在主轴70的端部78之一上，以利于将驱动扭矩应用到主轴70， 从而使活塞40A-40D往复运动。如图1所示，压缩机10包括气缸盖组件100。气缸盖组件100包括第一气缸盖 IlOA和第二气缸盖110Β，该第二气缸盖IlOB利用多个紧固件被紧固到气缸组件12。在所示的实施方式中，压缩机10包括紧固件，例如延伸穿过气缸盖110Α、110Β中的孔并且螺纹连接到底座13中的螺栓102。当螺栓102被向下紧固时，气缸盖IlOA被夹持到第一和第二套筒14Α、14Β，并且气缸盖IlOB被夹持到第三和第四套筒14C、14D上。参考图8Α和图8Β，为了修复和维护，通过移除向下保持盖IlOA和/或IlOB的紧固件102(图1)，每个独立的活塞40B-40D能够从气缸36B-36D被移除。第二气缸36B和活塞40B在图8A和图8B中被描述，但是其他活塞和气缸能够以相同的方式被修复或维护。一旦紧固件102被移除，盖110A、气缸36B和活塞40B就能够被移除并分离，如图8B所示。该结构允许更换或维护活塞40B和/或气缸36B而不需要从曲轴50移除驱动杆或连杆52B。如图1、图9和图10所示，每个气缸盖110A、IlOB由金属形成为单件。在所示的实施方式中，每个气缸盖110A、110B具有包括下侧表面112的矩形构造。参考图9和图10， 部件室114延伸每个气缸盖110A、1 IOB的长度。在所示的实施方式中，部件室114每个均具有定中心在轴线116上的圆柱形构造。每个部件室114具有入口端部118和出口端部 120。第一气缸盖IlOA的入口端部118形成压缩机10的入口。出口端部120形成第一气缸盖IlOA的出口。第二气缸盖IlOB的入口端部118形成第二盖IlOB的入口。参考图1， 导管119将第一盖IlOA的出口连接到第二盖IlOB的入口。第二盖IlOb的螺纹出口端部 120形成压缩机10的出口。
参考图9和图10，气缸盖110a、IlOb具有在部件室114和下侧表面112之间延伸的多个充气端口 122A-122D。在所示的实施方式中，充气端口 122A-122D的数量等于压缩机 10中气缸36A-36D的数量。参考图2A和图3A，充气端口 122A-122D建立气缸36A-36D和部件室114之间的流体连通。在所示的实施方式中，单个充气端口 122与气缸36的每一个相关。因此，第一气缸36A具有第一充气端口 122A，第二气缸36B具有第二充气端口 122B， 第三气缸36C具有第三充气端口 122C，第四气缸36D具有第四充气端口 122D。多个部件定位在气缸盖110A、110B的部件室114中。这些部件在第一盖IlOA的入口 118、气缸36A-36D、以及第二盖IlOB的出口 120之间引导流体流。这些部件包括用于控制空气流入和流出各个气缸36A-36D的多个止回阀130A-130F ；以及用于将止回阀定位在室114中并且阻止气体在止回阀周围流动(S卩，在止回阀周围泄漏)的多个部件或结构。 在一个示例性实施方式中，用于定位止回阀的部件是隔块并且构造成引导空气在止回阀之间流动。止回阀还可以以各种方式间隔开而不是使用隔块。例如，一个或多个止回阀可以被螺纹连接到部件室114中，部件室可以包括止动表面等。可以使用定位止回阀的任何方式。在附图中，未示出用于相对于气缸盖110A、110B的入口 118和出口 120设置止回阀的位置的结构。然而，要理解的是，能够使用隔块或其他定位装置以如所示地定位所示止回阀和隔块。例如，美国专利申请公布No. 2007/0065301示出了入口和出口连接器180、196可以接合用于固定阀的位置的隔块。位于部件室中的部件还可以包括用于防止在止回阀周围的泄漏的多个密封件。如图9和图10所示，位于气缸盖110A、1 IOB中的止回阀130A-130F优选地是彼此相同。能够使用除了所示以外的其他类型的止回阀。参考图9和图10，每个所示的止回阀 130A-130F包括阀体132，该阀体具有带有中心室134的大致圆柱形构造。端壁136被定位在阀体132的上游端处。端壁136具有中心开口 138。阀体132的下游段是敞口的。止回阀130A-130F每个均包括呈球146形式的可动阀元件。球146的尺寸被选择成使得当球接合阀体132的端壁136时，该球关闭该开口 138。当球146远离端壁136时，流体流能够穿过该止回阀。弹簧将该球偏压成接合端壁136以关闭该阀。可接受的止回阀的其他细节在美国专利申请公布No. 2007/0065301中被描述。隔块150A-150D被定位在室114中并且将止回阀130A-130F间隔开。图IlA和图 IlB示出了隔块150B-150D。隔块150B-150D优选地是彼此相同。每个隔块150B-150D是金属圆柱形块，其外径在尺寸上大致等于气缸盖110A、110B中的部件室114的内径。隔块 150B-150D具有上游端部152和下游端部154。然而，在所示的实施方式中，端部152和巧4 是相同的，因为隔块关于中间平面153对称。在如图IlA和图IlB所示的实施方式中，隔块150具有小直径的中心开口 155，该中心开口延伸隔块在上游端部152和下游端部巧4之间的长度。该对称的端部152、巧4均包括从中心开口 155径向向外延伸的通道158以及与通道158流体连通的外部沟槽160。 结果是，在隔块150的中心开口 155与外部沟槽160之间建立流体连通。参考图9，隔块150A比隔块150B-150D更短。隔块150A是圆柱形金属块，其外径在尺寸上大致等于气缸盖110中的部件室114的内径。隔块150A具有对称的上游端部和下游端部164、166。小直径的中心开口 170延伸该短隔块的在上游端部164和下游端部166之间的长度。隔块150A还具有内部通道172，该内部通道从该中心通道170径向向外延伸并且终止于位于隔块150的外表面上的沟槽174中。结果是，在隔块150A的上游端部和下游端部 164、166与外部沟槽174之间建立流体连通。如图9和图10所示，入口连接器180被紧固到每个气缸盖110A、1 IOB的上游端部中。入口连接器具有与部件室连通的流体入口通道182。出口连接器196被紧固到每个气缸盖110A、110B的下游端部中。出口连接器196具有与部件室114连通的流体出口通道 198。部件被定位在气缸盖110A、1 IOB的部件室114中。入口止回阀130E被定位在第一气缸盖IlOA的部件室114中。入口止回阀130E 的入口开口 138与压缩机10的入口 118连通。在示例性实施方式中，可以在止回阀与部件室114之间设置密封件。隔块150A被定位在气缸盖110的部件室114中，使得隔块154A的上游端部接合入口止回阀130E的下游端部。隔块162上的外部沟槽174与气缸盖IlOA的第一充气端口 122A对齐。结果是，在部件室114和第一气缸36A之间能够建立流体连通(见图2A)。参考图9，第二止回阀或第一气缸止回阀130A被定位在气缸盖IlOA的部件室114 中。第二止回阀130A的上游端部接合隔块150A的下游端部。第二止回阀130A的入口开口 138与隔块150B中的中心通道170对齐。在隔块150A和第二止回阀130A之间提供可选的密封件。参考图9，隔块150B被定位在气缸盖IlOA的部件室114中。隔块150B的上游端部接合止回阀130A的下游端部。隔块150B的中心开口 155对齐止回阀130A的出口。在第二隔块150B的下游端部处的外部沟槽160与气缸盖IlOA中的第二充气端口 122B对齐。 结果是，在部件室114与第二气缸36B之间建立流体连通(见图2A)。参考图9，第三止回阀或第二气缸止回阀130B被定位在气缸盖IlOA的部件室114 中。止回阀130B的上游端部接合隔块150B的下游端部。止回阀130B的开口 138与隔块 150B中的中心通道155对齐。在隔块150B和止回阀130B之间形成可选密封。参考图10，可选的第四止回阀或第二盖入口止回阀130C被定位在第二气缸盖 IlOB的部件室114中。入口止回阀130C的入口开口 138与第二盖IlOB的入口 118连通。 在示例性实施方式中，可以在止回阀和部件室114之间提供密封件。隔块150C定位在气缸盖IlOB的部件室114中。隔块150C的上游端部接合止回阀 130C的下游端部。隔块150C的中心开口 155与止回阀130C的中心开口对齐。隔块150C 的外部沟槽160与气缸盖IlOB的充气端口 122C对齐。结果是，在部件室114与第三气缸 36C之间能够建立流体连通(见图3A)。第五止回阀或第三气缸止回阀130D被定位在气缸盖IlOB的部件室114中。止回阀130D的上游端部接合隔块150C的下游端部。止回阀130D的开口 138与隔块150C中的通道155对齐。可以在隔块150C与止回阀130D之间提供密封件。隔块150D被定位在气缸盖IlOB的部件室114中。隔块150D的上游端部接合第三气缸止回阀130D的下游端部。隔块150D的中心开口 156与止回阀130D的中心室对齐。 在第四隔块150D的下游端部处的外部沟槽160与气缸盖110中的第四充气端口 122D对齐。 结果是，在部件室114和第四气缸36D之间能够建立流体连通。第六止回阀或第四气缸止回阀130F被定位在气缸盖IlOB的部件室114中。第四气缸止回阀130F的上游端部接合隔块150D的下游端部。止回阀的开口 138与隔块150D 的中心通道155对齐。在隔块150D和止回阀130D之间设置可选的密封件。出口连接器196被固定到气缸盖IlOB的下游端部。出口连接器196具有流体出口通道198，该流体出口通道与气缸盖IlOB的部件室114流体连通。在所示的实施方式中， 压缩机10的全部止回阀130A-F定位在气缸盖110A、1 IOB中。再次参考图2A和图3A，当压缩机10操作时，空气通过第一盖IlOA的入口连接器 180允许进入到该压缩机。空气流经第一盖IlOA的入口连接器180并且流动到入口止回阀 130E。当压缩机10处于其循环的第一气缸36A位于进气阶段的部分时，第一气缸中的压力小于进气压力。结果是，进气空气流经入口止回阀130E并且进入到隔块150A中。气体从隔块150A的中心通道170 (见图9)径向向外流动通过通道172并且进入到隔块上的外部通道174中。然后，空气流动经过第一充气端口 122A并且进入到第一气缸 36A (见图 2A)。参考图2A和图9，在该时段中，流经入口止回阀130E的气体并不流经第二止回阀 130A,甚至当隔块150A被开启以允许自由流动到该第二止回阀时也是如此。这是因为第二止回阀130A下游的压力(即，第二气缸36B中的压力)大于进气压力。因此，第二止回阀 130A保持关闭并且进气空气流入到第一气缸36A中。当第一活塞40A之后压缩第一气缸36A中的空气时，第一气缸中的压力开始变得大于进气压力。结果是，进气空气不能向上游流动经过入口止回阀130E进入到隔块150A 中。因此，流出第一气缸的全部空气被引导通过第一充气端口 122A、隔块150A以及通过第二止回阀130A。参考图2A和图9，第二止回阀130A被强制打开以允许空气流出第一气缸36A进入到第二隔块150B中。该空气流经第二隔块150B到达径向延伸的通道158 (见图IlA和图 11B)以及位于第二隔块150B的下游端部154中的外部沟槽160。然后，空气从沟槽160流入到第二充气端口 122B中。选择第一和第二气缸36A和36B的定时，使得当第一气缸36A位于其排气阶段时， 第二气缸36B位于其进气阶段。这通过第一和第二偏心本体84A、84B之间的180度偏移β 来实现。在第一气缸36Α中被压缩并且被强制进入到第二隔块150Β中的空气能够流入到第二气缸36Β，以被进一步压缩，这是因为在所示示例性实施方式中第二气缸的直径小于第一气缸的直径但是这两个气缸具有相同的冲程。在第二气缸36Α被第一气缸36Β充气的时段中，流经第二隔块150Β的空气不流经第三止回阀130Β，甚至当第二隔块向第三止回阀开通时也是如此。这是因为第三止回阀 130Β下游的压力(即，第三气缸36C中的压力)大于在第三止回阀处的压力。因此，第三止回阀130Β保持关闭并且空气流入到第二气缸36Β中。参考图3Α和图10，以类似的方式，在第二气缸36Β中被压缩的空气流经导管119 进入到第三气缸36C中，以在此被进一步压缩。在第三气缸36C中被压缩的空气流入到第四气缸36D中，以在此被进一步压缩。在第四气缸36D中被压缩的空气通过出口连接器194 从该压缩机10流出。参考图12，系统210包括浓缩机212，该浓缩机可操作以例如从大气空气输入来提供富含氧的气体。富含氧的气体被输送到产品罐214中。调节器216将来自产品罐214的富含氧的气体发送到流管路218中并且将该富含氧的气体供给到流量计220中，该流量计 220随后以预定流率(例如，从0. 1至6升每分钟的流率)将该富含氧的气体发送到患者。可选地，流量计220能够关闭，使得全部富含氧的气体被引导到压缩机10。压缩机可以采用各种不同的形式并且可以包括关于图1-11描述的压缩机的特征的任何组合或子组合。此外， 关于图1-11描述的压缩机的特征的任何组合或子组合能够被用于各种多样的不同应用， 包括但不局限于如图12和图13所述的系统。未被引导到患者的气体经由管路222被运送到两向阀224。流管路220中的气体的十分小的部分被引导通过管路2 和限流器2 进入到氧气传感器230中，该氧气传感器230检测氧气的浓度是否是预定值，例如被引导到患者的至少84%以及被引导到压缩机的至少93 士 3%。当氧气传感器230检测处于预定水平或高于预定水平的浓度时，两向阀2M保持开启以允许富含氧的气体流动经过阀2M和管路232进入到缓冲罐234中，在该缓冲罐中的压力与产品罐214中的压力大致相同。然而，如果氧气传感器230未检测到合适的氧浓度时，两向阀2M关闭使得氧气传感器230能够建立足够的氧气浓度。该结构优先考虑富含氧的气体的流，使得患者被保证接收具有足够氧浓度的气体。缓冲罐234能够在其上具有调节器236，该调节器236通常被设定在12 psi以在需要时允许富含氧的气体进入压缩机10。压缩机10的输出被用于填充气缸或便携式罐 238，以用于患者的移动式用途。替代地，压力调节器236能够被设定在从大约13至大约21 psi的任何位置。限流器240控制从缓冲罐234至压缩机10的气体的流率。如果压缩机 10的操作引起缓冲罐234中的压力下降低于预定值，那么压力传感器(未示出)在高于被供给到患者的气体压力的压力下自动切断气体流。这种优先考虑确保患者对于富含氧的气体具有优先级。图13示出了系统210a，该系统稍微不同于图12的系统210。在系统210a中，压缩机10包括其自身的氧气传感器和控制回路，使得不存在如在图12的系统中具有的元件 224-232。此外，不存在位于缓冲罐上的调节器236。限流器可以被设置在浓缩机和缓冲罐之间(应当注意的是，缓冲罐234在所有系统中都是可选的，并且压缩机能够由产品罐直接供给)。前述描述涉及四气缸压缩机。然而，该申请中所述的特征能够应用于具有不同数量的气缸的压缩机。此外，所公开的特征可以用于包括具有不同止回阀和隔块设计的气缸盖的压缩机中。虽然本发明通过本发明实施方式的说明被描述，并且虽然这些实施方式被相当详细地描述，但是申请人不旨在将所附权利要求书的范围约束或以任何方式限制于这种细节中。附加的优势和修改将对于本领域技术人员显而易见。另外，虽然在本文示出并描述了圆柱形部件，但是能够使用其他几何形状，包括椭圆形和多边形(例如，正方形、矩形、三角形和六边形等)，并且还可使用其他形状。因此，本发明在其更广义的方面不局限于所示和所述的具体的细节、代表性设备和描述性示例。因此，在不偏离申请人的总体发明构思的精神或范围的前提下能够偏离这些细节。
权利要求
1.一种用于压缩气体的压缩机，包括第一、第二、第三和第四气缸，其中，第一气缸的中心轴线平行于第二气缸的中心轴线， 并且第三气缸的中心轴线平行于第四气缸的中心轴线，其中，第一气缸和第二气缸的轴线相对于第三气缸和第四气缸的轴线定向成角度，以形成V4气缸构造；设置在第一、第二、第三和第四气缸中的第一、第二、第三和第四活塞；曲轴，所述曲轴具有主轴以及驱动第一、第二、第三和第四活塞的仅两个偏心驱动本体。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中，在第一气缸和第二气缸的轴线与第三气缸和第四气缸的轴线之间形成的角度是九十度。
3.根据权利要求1所述的压缩机，还包括盖组件，所述盖组件将在第一气缸中被压缩的气体传送到第二气缸、在第二气缸中被压缩的气体传送到第三气缸、以及将在第三气缸中被压缩的气体传送到第四气缸。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其中，第一气缸具有第一直径、第二气缸具有第二直径、第三气缸具有第三直径、以及第四气缸具有第四直径，其中，第一直径大于第二直径、第二直径大于第三直径、第三直径大于第四直径。
5.一种用于压缩气体的压缩机，包括气缸组件，所述气缸组件包括具有第一直径的第一气缸、具有第二直径的第二气缸、具有第三直径的第三气缸、以及具有第四直径的第四气缸，其中，第一直径大于第二直径、第二直径大于第三直径、第三直径大于第四直径，其中，第一气缸与第二气缸成直列，第三气缸与第四气缸直列，其中，第一气缸和第二气缸相对于第三气缸和第四气缸形成大约九十度的角度，使得气缸组件具有V4构造；分别被接收在第一、第二、第三和第四气缸中的第一、第二、第三和第四活塞；第一、第二、第三和第四驱动杆，所述第一、第二、第三和第四驱动杆设置成在第一、第二、第三和第四气缸中移动第一、第二、第三和第四活塞；曲轴，所述曲轴具有主轴，所述主轴包括所述曲轴旋转所绕的曲轴轴线，其中，所述曲轴包括第一和第二圆形连杆驱动本体，所述第一和第二圆形连杆驱动本体从曲轴轴线径向向外延伸并且与曲轴轴线偏心，其中，第一和第三驱动杆可旋转地连接到第一圆形连杆驱动本体，使得第一圆形连杆驱动本体绕曲轴轴线的旋转使第一和第三驱动杆往复运动，且其中，第二和第四驱动杆可旋转地连接到第二圆形连杆驱动本体，使得第二圆形连杆驱动本体绕曲轴轴线的旋转使第二和第四驱动杆往复运动；用于将气体源提供给第一气缸的气体入口、用于将气体从第一气缸提供给第二气缸的第一气流通道、用于将气体从第二气缸提供给第三气缸的第二气流通道、用于将气体从第三气缸提供给第四气缸的第三气流通道、以及用于将处于压缩状态的气体提供到压缩机之外的气体出口。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述第一和第二圆形连杆驱动本体是曲轴仅有的连杆驱动本体。
7.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述连杆驱动本体每个均包括单个连续气缸。
8.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述连杆驱动本体每个均包括与主轴整体形成的单个连续气缸。
9.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体邻接第二连杆驱动本体。
10.根据权利要求7所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体邻接第二连杆驱动本体。
11.根据权利要求8所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体邻接第二连杆驱动本体。
12.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体仅在其与第二连杆驱动本体之间的重叠区域处连接到所述第二连杆驱动本体。
13.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体通过设置在第一连杆驱动本体和第二连杆驱动本体之间的圆盘连接到所述第二连杆驱动本体。
14.根据权利要求13所述的压缩机，其中，所述圆盘定中心在所述曲轴轴线上。
15.根据权利要求14所述的压缩机，其中，所述圆盘的外圆周延伸到第一和第二连杆驱动本体两者的外圆周之外。
16.根据权利要求8所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体通过圆盘连接到所述第二连杆驱动本体，所述圆盘与第一连杆驱动本体和第二连杆驱动本体整体形成并且被设置在第一连杆驱动本体和第二连杆驱动本体之间。
17.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述第一活塞包括摇摆活塞。
18.根据权利要求5所述的压缩机，其中，所述第二活塞包括可枢转地连接到第二驱动杆的导向构件以及与该导向构件分离地设置在第二气缸中的压缩构件。
19.根据权利要求5所述的压缩机，其中，在第二驱动杆的压缩冲程期间，导向构件接合压缩构件以迫使压缩构件朝向第二气缸的盖端。
20.根据权利要求19所述的压缩机，其中，在第二驱动杆的充气冲程期间，由第一活塞强制进入到第二气缸中的加压气体迫使压缩构件朝向第二气缸的曲轴端。
21.根据权利要求5所述的压缩机，其中，曲轴的第一轴承支承部分的直径小于第一圆形连杆驱动本体的直径。
22.一种用于压缩气体的压缩机，包括气缸组件，所述气缸组件包括具有第一直径的第一气缸、具有第二直径的第二气缸、具有第三直径的第三气缸、以及具有第四直径的第四气缸，其中，第一直径大于第二直径、第二直径大于第三直径、以及第三直径大于第四直径，其中，第一气缸与第二气缸成直列，第三气缸与第四气缸成直列；分别被接收在第一、第二、第三和第四气缸中的第一、第二、第三和第四活塞； 第一、第二、第三和第四驱动杆，所述第一、第二、第三和第四驱动杆设置成在第一、第二、第三和第四气缸中移动第一、第二、第三和第四活塞；曲轴，所述曲轴具有主轴，所述主轴包括所述曲轴旋转所绕的曲轴轴线，其中，所述曲轴包括第一和第二圆形连杆驱动本体，所述第一和第二圆形连杆驱动本体从曲轴轴线径向向外延伸并且与曲轴轴线偏心，其中，第一圆形连杆驱动本体邻接第二圆形连杆驱动本体， 第一和第三驱动杆可旋转地连接到第一圆形连杆驱动本体，使得第一圆形连杆驱动本体绕曲轴轴线的旋转使第一和第三驱动杆往复运动，且其中，第二和第四驱动杆可旋转地连接到第二圆形连杆驱动本体，使得第二圆形连杆驱动本体绕曲轴轴线的旋转使第二和第四驱动杆往复运动；用于将气体源提供给第一气缸的气体入口、用于将气体从第一气缸提供给第二气缸的第一气流通道、用于将气体从第二气缸提供给第三气缸的第二气流通道、用于将气体从第三气缸提供给第四气缸的第三气流通道、以及用于将处于压缩状态的气体提供到压缩机之外的气体出口。
23.根据权利要求22所述的压缩机，其中，所述第一和第二圆形连杆驱动本体是曲轴仅有的连杆驱动本体。
24.根据权利要求22所述的压缩机，其中，所述连杆驱动本体每个均包括单个连续气缸。
25.根据权利要求22所述的压缩机，其中，所述连杆驱动本体每个均包括与主轴整体形成的单个连续气缸。
26.根据权利要求22所述的压缩机，其中，所述第一连杆驱动本体仅在其与第二连杆驱动本体之间的重叠区域处连接到所述第二连杆驱动本体。
27.根据权利要求22所述的压缩机，其中，所述第一活塞包括摇摆活塞。
28.根据权利要求22所述的压缩机，其中，所述第二活塞包括可枢转地连接到第二驱动杆的导向构件以及与该导向构件分离地设置在第二气缸中的压缩构件。
29.根据权利要求22所述的压缩机，其中，在第二驱动杆的压缩冲程期间，导向构件接合压缩构件以迫使压缩构件朝向第二气缸的盖端。
30.根据权利要求四所述的压缩机，其中，在第二驱动杆的充气冲程期间，由第一活塞强制进入到第二气缸中的加压气体迫使压缩构件朝向第二气缸的曲轴端。
全文摘要
压缩机包括处于V4构造的气缸组件。压缩机的曲轴具有主轴以及第一和第二偏心本体。这两个偏心本体驱动四个活塞。
文档编号F01B1/02GK102575520SQ201080046643
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者A. 库什纳 B., 格尔岑 G., R. 尼姆塞克 M., A. 努尔 W. 申请人:英瓦卡尔公司