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移动式气动供应和压缩机系统及其方法

阅读:255发布:2021-01-18

专利汇可以提供移动式气动供应和压缩机系统及其方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且移动式 气动 操作工具系统和用于提供气动动 力 的 压缩机 。在至少一个 实施例 中,压缩机能够产生清洁、干燥压缩空气/气体(例如,不是以自然存在的大气氮/ 氧 比,就是作为纯氮或者两者之间的可选择比率),采用大气作为起动材料,用于由移动式 气动工具 系统采用。在特定的附加实施例中,压缩和/或 净化 大气的方法,和其在移动式气动工具系统中的使用。,下面是移动式气动供应和压缩机系统及其方法专利的具体信息内容。

1、一种用于产生压缩空气/气体并向移动式气动供应系统提供 压缩空气/气体的系统,包括:
a)压缩机,包括:
可操作地与飞轮连接,并能使所述飞轮旋转的达;
具有第一端和第二端的直线驱动,所述第一端在泵安装位置可 枢转地与所述飞轮相连,而所述第二端可枢转地与框架部件相连,所 述泵包括活塞,当使所述飞轮旋转时,活塞被直线驱动;
在所述飞轮大体与所述泵安装位置相对的位置上与所述飞轮相连 的配重,所述配重布置成这样,使得当使所述飞轮旋转时,所述配重 向所述飞轮施加动量;
所述直线驱动泵包括能够接收处于大气压下的空气/气体的空气/ 气体泵入口,和能够输出空气/气体的空气/气体泵出口,当所述活塞被 直线驱动时,输出的空气/气体被所述直线驱动泵加压;和
b)移动式气动动力供应系统,包括:
移动式空气/气体储气瓶;
与所述移动式空气/气体储气瓶空气/气体流动相通的压力调节器, 所述压力调节器包括能够调节从其流出的空气/气体压力的空气/气体 压力调节机构;
动力供应空气/气体出口,包括用于连接所述动力供应空气/气体出 口和气动操作工具的连接机构;和
其中所述空气/气体压力调节机构能够操作,以输送多个与用于操 作多个气动工具的压力相应的选择的空气/气体压力;和
其中所述压缩机能够产生压缩空气/气体,以用压缩空气/气体填充 所述移动式空气/气体储气瓶;和
其中所述空气/气体泵出口可以选择性地与所述移动式气动动力供 应系统气体流动相连,或从移动式气动动力供应系统上分离,用于用 压缩空气/气体填充所述移动式空气/气体储气瓶。
2、根据权利要求1所述的系统,其中所述移动式空气/气体储气瓶 容纳压缩到高初始压力的空气/气体,
其中所述压力调节器与所述移动式空气/气体储气瓶相连,使得流 出所述移动式空气/气体储气瓶的压缩空气/气体向所述压力调节器输 送,且其中所述压力调节器能够接收所述压缩空气/气体,然后相对于 容纳在所述移动式空气/气体储气瓶中的所述高初始压力,以降低的压 力将所述空气/气体向所述互连输送。
3、根据权利要求2所述的系统,其中所述空气/气体压力调节机构 能够在至少一个中间输出压力和实际上为零的输出压力之间,以大致 连续可变增大的方式调节所述空气/气体流动输出压力。
4、根据权利要求2所述的系统,其中所述空气/气体压力调节机构 能够实现调节从所述压力调节器流出的输出压力;所述空气/气体压力 调节机构能够在大致连续可变的范围内,在容纳在所述移动式空气/气 体储气瓶中的所述高初始压力和实际上为零的输出压力之间,选择性 地调节所述空气/气体流动输出压力。
5、根据权利要求3所述的系统,还包括连接到所述压力调节器和 动力供应空气/气体出口上,并在所述压力调节器和动力供应空气/气体 出口之间提供空气/气体流动相通的互连,其中所述空气/气体流动输出 压力,在系统操作过程中,输送给所述互连,用于输送给气动使用终 端。
6、根据权利要求5所述的系统,其中所述互连包括弹性管,所述 弹性管具有附接在其最近的一端的快速连接-分离接头,能够连接至气 动操作装置,和从气动操作装置上分离。
7、根据权利要求6所述的系统,其中所述压力调节器这样构造, 使得所述空气/气体流动输出压力由所述压力调节器在单级调节步骤中 调节,包括:
接收处于所述高初始压力下的空气/气体,然后相对于所述高初始 压力,在降低的压力下输送所述空气/气体,所述降低的压力能够从适 于操作多个气动工具的空气/气体压力范围中选择。
8、根据权利要求6所述的系统,其中所述压力调节器是两级调节 器,且所述空气/气体流动输出压力由所述压力调节器在两级调节步骤 中调节,包括:
接收处于所述高初始压力下的空气/气体;
在第一阶段将所述空气/气体气流的所述高初始压力降低到中间压 力;
在第二阶段将所述空气/气体气流的所述中间压力降低到工作压 力,所述工作压力从适于操作多个气动工具的压力范围中选择。
9、根据权利要求8所述的系统,其中所述工作压力从大约大于0 的值和等于或小于500psi的值之间选择。
10、根据权利要求7或8所述的系统,还包括:
多个具有通用接头的气动操作工具;和
其中所述管的所述快速连接-断开接头能够选择性地、交替地连接 至所述多个气动操作工具,使得当连接时,所述工具与所述压力调节 器通过所述管空气/气体流动相通。
11、根据权利要求10所述的系统,其中所述系统构造成使得能够 提供可使用的输出压力,以操作多个气动工具,所述气动工具至少包 括:钉枪、气动扳手、喷漆器、充气装置、订书机、微型销钉机、敲 钉机和钻机。
12、根据权利要求7或8所述的系统,其中所述压力调节器还包 括空气/气体流动入口,其构造成使得能够与所述压缩机连通地相连, 从而所述高压压缩机能够向所述移动式气体储气瓶补充气体压力。
13、根据权利要求1所述的系统,其中所述移动式空气/气体储气 瓶具有至少为3000psi的额定压力和小于大约10lbs的重量。
14、根据权利要求1所述的系统,其中所述移动式空气/气体储气 瓶具有至少为5000psi的额定压力和小于50lbs的额定重量。
15、根据权利要求2所述的系统,其中所述移动式空气/气体储气 瓶构造成连接至使用者佩带的带上。
16、根据权利要求2所述的系统,其中所述移动式空气/气体储气 瓶构造成连接至使用者佩带的背部用具上。
17、根据权利要求8所述的系统,其中所述中间压力从大约 800-4500psi之间选择,而所述工作压力小于或等于大约500psi。
18、一种用于产生压缩空气/气体并向移动式气动动力供应系统提 供压缩空气/气体的系统,包括:
a)压缩机,包括:
可操作地与飞轮连接,并能使飞轮旋转的马达;
具有第一端和第二端的直线驱动泵,所述第一端在泵安装位置可 枢转地与所述飞轮相连,而所述第二端可枢转地与框架部件相连,所 述泵包括活塞,当使所述飞轮旋转时,活塞被直线驱动;
在所述飞轮大体与所述泵安装位置相对的位置上与所述飞轮相连 的配重,所述配重布置成这样,使得当使所述飞轮旋转时,所述配重 向所述飞轮施加动量;
所述直线驱动泵包括用于接收处于大气压下的空气/气体的空气/ 气体泵入口,和用于输出空气/气体的空气/气体泵出口,当所述活塞被 直线驱动时,输出的空气/气体被所述直线驱动泵加压;和
b)移动式气动动力供应系统包括:
容纳压缩至高初始压力的移动式空气/气体储气瓶;
与所述移动式空气/气体储气瓶空气/气体流动相通的压力调节器, 所述压力调节器包括能够调节从其流出的空气/气体压力的空气/气体 压力调节机构;所述压力调节器与所述移动式空气/气体储气瓶相连, 使得流出所述移动式空气/气体储气瓶的压缩空气/气体向所述压力调 节器输送;
连接到所述压力调节器和空气/气体出口上,并在所述压力调节器 和空气/气体出口之间提供空气/气体流动相通的互连,所述互连包括弹 性管,且所述空气/气体出口包括快速连接-分离接头,与所述弹性管最 接近的一端相连;
其中所述空气/气体压力调节机构能够操作,以输送多个与用于操 作多个气动使用终端的压力相应的选择的空气/气体压力;和
其中所述压缩调节器能够接收所述压缩空气/气体,然后相对于容 纳在所述移动式空气/气体储气瓶中的所述高初始压力,以降低的压力, 将所述空气/气体向所述互连输送;和
其中所述压力调节器是两级调节器,且所述空气/气体流输出压力 由所述压力调节器在两级调节中调节,该两级调节包括:
接收处于所述高初始压力的空气/压力气流;
在第一阶段将所述空气/压力气流的所述高初始压力减小到中间压 力;
在第二阶段将所述空气/压力气流的所述中间压力减小到工作压 力,所述工作压力从适于操作多个气动操作工具的压力范围中选择; 和
其中所述压缩机能够产生压缩空气/气体,以用压缩空气/气体填充 所述移动式空气/气体储气瓶;和
其中所述空气/气体泵出口可以选择性地与所述移动式气动动力供 应系统气体流动相连,或从所述移动式气动动力供应系统上分离,用 于用压缩空气/气体填充所述移动式空气/气体储气瓶。
19、根据权利要求19所述的系统,其中所述工作压力从大约大于 0的值和等于或小于500psi的值之间选择。
20、根据权利要求19所述的系统,还包括:
多个具有通用接头的气动操作工具;和
其中所述管的所述快速连接-断开接头能够选择性地、交替地连接 至所述多个气动操作工具,使得当连接时,所述工具与所述压力调节 器通过所述管空气/气体流动相通。
21、根据权利要求21所述的系统,其中所述系统构造成能够提供 可使用的输出压力,以操作多个气动工具,所述气动工具至少包括: 钉枪、气动扳手、喷漆器、充气装置、订书机、微型销钉机、敲钉机 和钻机。
22、根据权利要求19所述的系统,其中所述压力调节器还包括空 气/气体流动入口,其构造成能够与所述压缩机连通地相连,从而所述 压缩机能够向所述移动式空气/气体储气瓶补充空气/气体压力。
23、根据权利要求1或19所述的系统,其中所述移动式空气/气体 储气瓶至少部分由从纤维中选择的材料构成。
24、根据权利要求1或19所述的系统,其中所述直线驱动泵包括 壳体和可直线延伸和收缩的活塞,所述活塞可直线移动以实现对空气/ 气体的加压。
25、根据权利要求25所述的系统,其中在操作过程中,所述飞轮 具有使所述活塞推、拉冲程交替进行的旋转方向,且其中所述配重在 这样的位置与所述飞轮相连,即大体与所述泵的安装位置相对的位置, 使得当所述飞轮旋转而使所述活塞进行推冲程时,所述配重布置成使 得重力大致在与所述飞轮的所述旋转方向相同的方向作用在所述配重 上;且
当所述飞轮旋转而使所述活塞进行拉冲程时,所述配重的位置使 得重力大致在与所述飞轮的所述旋转方向相反的方向作用在所述配重 上。
26、根据权利要求26所述的系统,其中在所述活塞的推冲程中, 所述配重有助于实现所述推冲程的完成,而在所述活塞的拉冲程中, 所述配重增大对实现所述拉冲程完成的阻力。
27、根据权利要求27所述的系统,其中所述活塞和配重的位置导 致所述配重在所述飞轮的定向运动中,交替有利于和阻碍所述活塞的 推、拉冲程,从而在压缩机操作过程中实现所述飞轮大致恒定的旋转 速度。
28、根据权利要求28所述的系统,其中所述压缩机能够将空气加 压到至少大约6000psi的压力。
29、根据权利要求28所述的系统,其中所述直线驱动泵包括冷却 液通道,冷却液可以通过该通道传递,从而在操作过程中调节所述直 线驱动泵的温度
30、根据权利要求30所述的系统,其中所述冷却液通道是位于所 述可直线延伸和收缩的活塞附近的所述壳体内部的流体通道。
31、根据权利要求31所述的系统,还包括与所述冷却液流体通道 流体相通的冷却液储液罐,和用于从所述冷却液储液罐通过所述冷却 液流体通道传递冷却液的冷却液泵

说明书全文

发明领域

本发明涉及移动式(portable)气动供应系统和用于提供气动 动力的压缩机。在至少一个实施例中,本发明涉及能够产生清洁、干 燥压缩空气/气体(例如,不是以自然存在的大气氮/比,就是作为纯 氮或者两者之间的可选择比率)的压缩机,采用大气作为起动材料, 用于由移动式气动动力供应系统(例如,用于为气动操作工具提供动 力)采用。在特定的附加实施例中,本发明涉及压缩和/或净化大气的 方法,及其在移动式气动动力供应和/或工具系统中的使用。

背景技术

过去几个世纪以来,人们已经发展了大量各种类型的工具等,以 运用于大量在现代文明技术进步过程中发展起来的建筑和制造技术。 例如,在单一的产业,例如建筑业中,可以在一个建筑工地上使用很 多种不同类型的工具。特别地,由于随着现代建筑变得更加复杂,从 而各种木工和其它建筑工艺和技能持续发展,这些所采用的工具类型 数量增大。
在工具的现代发展过程中,已经对自动工具操作做出了很多努力, 主要地是以通过提高工具操作速度和减轻工具操作者的疲劳,来提高 工作效率。最近几十年中,自动化的努力典型地涉及压缩机气动工具 或电动工具的发展或革新。在这一点上,由于它们提高了的效率,自 动工具的使用已经变得如此平常,以至于如果在典型的建筑工地上没 有发现气动钉枪或电钻,则会处境艰难。然而,传统气动或电动操作 工具具有不同的不利条件或缺点。
例如,直接通过管子与压缩机相连的气动工具或直接通过电源线 与插座相连的电动工具,由于与它们各自动力供应的连接,而在移动 性和机动性上受限(例如,它们的移动性受管子或电源线长度的限制 和/或例如,它们难以搬上楼梯或者搬上楼梯不安全)。而且,电源线或 管子越长,总重量就越大,同样这些管子或电源线缠绕或成为安全隐 患(例如,作为绊倒隐患)的可能性也就越大。尽管电池操作工具解 决了这些缺点中的一些,但这种工具会带来了其自身的缺点,例如其 增大的重量和依赖电池的有限电量(而且,例如,在电池耗尽后,必 须等待电池重新充电或者需要额外的电池)。
发明人在其题为“用于使用轻型移动式空气/气体动力供应的设 备和方法”的美国专利6,932,128中已经解决了上述问题。本申请致力 于进一步改进上述专利中公开的设备和方法。
除了上述与气动工具移动性和机动性有关的问题以外,例如上面 讨论的这种工具依赖于采用传统空气压缩机,用于提供气动空气“动 力”,进一步增加了它们的缺点。在这一点上,公知的压缩机基本上体 积较大,重量较重,并具有其它相关缺点。更具体地,公知的空气压 缩机过大而且过于笨重,而在很多工作环境中(例如,在建筑工程的 房顶上)无法安全地使用。而且,公知的压缩机噪声大,机械机构复 杂和/或维护或制造成本昂贵,或者超过一定阈值“psi”后无法安全地压 缩空气/气体。一些其它类型的公知压缩机利用化石燃料产生动力,需 要使用油(用于润滑),和/或采用一次性过滤器。在这一点上,这些公 知类型的空气/气体压缩机对环境不利,由于它们不是产生大量污染, 就是依赖有限的自然资源作为燃料,或者两者皆有。
由于上面所述,显然本领域需要能够克服,或者至少改善上述或 其它缺点中的一个或两个的方法和/或设备和/或系统。本发明的目的是 满足该需要,同样,一旦给出上述公开,本领域的其它需要对于本领 域技术人员将变得显而易见。

发明内容

总体来说,本发明通过提供一种移动式轻型系统,用于产生压缩 空气/气体动力和/或用于功能性地和方便地储存这样的空气/气体动力, 以在移动式气动工具操作中使用,从而满足上述本领域的需要。
在至少一个实施例中,本发明提供:
用于产生压缩空气/气体并向移动式气动动力供应系统提供压缩空 气/气体的系统,包括:
a)压缩机,包括:
可操作地与飞轮连接,并能使飞轮旋转的达;
具有第一端和第二端的直线驱动,第一端在泵安装位置可枢转 地与飞轮相连,而第二端可枢转地与框架部件相连,该泵包括活塞, 当使飞轮旋转时,活塞被直线驱动;
在飞轮上大体与泵安装位置相对的位置上与飞轮相连的配重,该 配重布置成这样,当使飞轮旋转时,配重向飞轮施加动量;
该直线驱动泵包括能够接收处于大气压下的空气/气体的空气/气 体泵入口,和能够输出空气/气体的空气/气体泵出口,当活塞被直线驱 动时,该空气/气体被直线驱动泵加压;和
b)移动式气动动力供应系统包括:
移动式空气/气体储气瓶;
与移动式空气/气体储气瓶空气/气体流动相通的压力调节器,该压 力调节器包括能够调节从其流出的空气/气体压力的空气/气体压力调 节机构;
动力供应空气/气体出口,包括用于连接动力供应空气/气体出口和 气动操作工具的连接机构;和
其中空气/气体压力调节机构能够操作,以输送多个与用于操作多 个气动工具的压力相应的选择的空气/气体压力;和
其中压缩机能够产生压缩空气/气体,以用压缩空气/气体填充移动 式空气/气体储气瓶;和
其中空气/气体泵出口可以选择性地与移动式气动动力供应系统气 体流动相连,或从移动式气动动力供应系统上分离,用于用压缩空气/ 气体填充移动式空气/气体储气瓶。
在一个可选实施例中,本发明提供:
用于产生压缩空气/气体并向移动式气动动力供应系统提供压缩空 气/气体的系统,包括:
a)压缩机,包括:
可操作地与飞轮连接,并能使飞轮旋转的马达;
具有第一端和第二端的直线驱动泵,第一端在泵安装位置可枢转 地与飞轮相连,而第二端可枢转地与框架部件相连,该泵包括活塞, 当使飞轮旋转时,活塞被直线驱动;
在飞轮上大体与泵安装位置相对的位置上与飞轮相连的配重,该 配重布置成这样,当使飞轮旋转时,配重向飞轮施加动量;
该直线驱动泵包括用于接收处于大气压下的空气/气体的空气/气 体泵入口,和用于输出空气/气体的空气/气体泵出口,当活塞被直线驱 动时,该空气/气体被直线驱动泵加压;和
b)移动式气动动力供应系统包括:
容纳压缩至高初始压力的移动式空气/气体储气瓶;
与移动式空气/气体储气瓶空气/气体流动相通的压力调节器,该压 力调节器包括能够调节从其流出的空气/气体压力的空气/气体压力调 节机构;该压力调节器与移动式空气/气体储气瓶这样相连,使得流出 移动式空气/气体储气瓶的压缩空气/气体向压力调节器输送;
连接到压力调节器和空气/气体出口上,并在压力调节器和空气/ 气体出口之间提供空气/气体流动相通的互连,该互连包括弹性管,且 空气/气体出口包括快速连接-分离接头,该接头与弹性管最接近的一端 相连;
其中空气/气体压力调节机构能够操作,以输送多个与用于多个气 动使用终端的压力相应的选择的空气/气体压力;和
其中该压缩调节器能够接收所述压缩空气/气体,然后相对于容纳 在所述移动式空气/气体储气瓶中的所述高初始压力,以降低的压力, 将所述空气/气体向所述互连输送;和
其中所述压力调节器是两级调节器,且所述空气/气体流动输出压 力由所述压力调节器在两级调节中调节,该两级调节包括:
接收处于所述高初始压力的空气/压力气流;
在第一阶段将所述空气/压力气流的所述高初始压力减小到中间压 力;
在第二阶段将所述空气/压力气流的所述中间压力减小到工作压 力,所述工作压力从适于操作多个气动操作工具的压力范围中选择; 和
其中所述压缩机能够产生压缩空气/气体,以用压缩空气/气体填充 所述移动式空气/气体储气瓶;和
其中所述空气/气体泵出口可以选择性地与所述移动式气动动力供 应系统气体流动相连,或从所述移动式气动动力供应系统上分离,用 于用压缩空气/气体填充所述移动式空气/气体储气瓶。
在特定实施例中,该直线驱动泵包括壳体和可直线延伸和收缩的 活塞,该活塞可直线移动以实现对空气/气体的加压。
在特定附加实施例中,所采用的飞轮在操作过程中具有造成活塞 交替推、拉冲程的旋转方向,且其中配重在这样的位置与飞轮相连, 即大体与泵安装位置相对的位置,使得当飞轮旋转造成活塞推冲程时, 配重布置成使得重力大致在与飞轮旋转方向相同的方向作用在配重 上;且
当飞轮旋转造成活塞拉冲程时,配重布置成使得重力大致在与飞 轮旋转方向相反的方向作用在配重上。
在特定优选实施例中,在活塞的推冲程中,配重有助于实现推冲 程的完成,而在活塞的拉冲程中,配重增大阻力以实现拉冲程的完成。
在另一种优选实施例中,配重的位置和定位导致配重在飞轮的定 向运动中,交替有利于和阻碍活塞的推、拉冲程,从而在压缩机操作 过程中实现大致恒定的飞轮旋转速度。
在一些实施例中,该系统具有直线驱动泵,其包括冷却液通道, 冷却液可以通过该通道传递,从而在操作过程中调节直线驱动泵的温 度。在至少一个这样的实施例中,冷却液通道是位于可直线延伸和收 缩的活塞附近的壳体内部的流体通道。在至少一个优选实施例中,该 系统还包括与冷却液流体通道流体相通的冷却液储液罐,和用于从冷 却液储液罐通过冷却液流体通道传递冷却液的冷却液泵
在至少一个实施例中,目的是提供一种用于向气动工具提供动力 的系统,其重量轻和/或结构紧凑和/或具有可调输出压力(例如,可以 操作多种类型的工具)。
在至少一个优选实施例中,提供用于向气动工具提供动力的系统, 其能够提供连续可变的输出压力(例如,对于特定类型的工具,可优 化输出压力)。
在特定优选实施例中,输出压力可以在非常低和非常高的压力之 间手动调节,例如,处于5psi和6000psi之间。
在至少一个实施例中,提供一种系统,其能够方便地向气动扳手, 敲钉机,微型销钉机,气钉枪,铆钉枪,斜排钉枪,充气装置(例如, 用于轮胎充气),钻机,和/或螺丝刀提供动力。在至少一个这样的实 施例中,这种系统具有接头,其可以通用地且功能性地与全部或至少 多种类型的工具相连。
在至少一个实施例中,目的是提供一种紧凑和/或重量轻和/或移动 式和/或机械结构不复杂的压缩机,其能够压缩空气/气体。在这种压缩 机的一个优选实施例中,该压缩机能够将空气存储储气瓶充气到所选 择的处于0-5000psi之间的压力。在一个可选的优选实施例中,该压缩 机能够将空气存储瓶充气到所选择的处于0-10000psi之间或者更大的 压力。
在至少一个优选实施例中,这里所述的工具系统和/或压缩机能够 提高工作生产率和/或降低劳动力成本。
下面将根据本发明如下面附图所示的特定实施例说明本发明,其 中:

附图说明

图1是用于产生并向根据本发明的移动式气动动力供应系统提供 压缩空气/气体的系统的一个实施例的三维透视图。
图2是根据本发明的移动式气动动力供应系统的一个实施例的三 维透视图。
图3是根据本发明的压缩机的一个实施例的三维透视图。
图4是图1中所示压缩机实施例的可选三维透视图。
图5是根据本发明的压缩机一个实施例的二维示意图。
图6是图3中所示压缩机实施例的可选二维示意图。
图7是根据本发明的压缩机一个实施例的三维透视图,示出的压缩 机容纳在自由支撑移动式壳体并具有由该压缩机充气的单独空气/气体 容器。
图8是根据本发明的压缩机一个实施例容纳在自由支撑移动式轮 式推车中的三维透视图。
图9是根据本发明的过滤系统一个实施例与这里所述压缩机相连 的二维示意图。

具体实施方式

定义
流体:在说明书权利要求中使用的术语“流体”是用于保持其 被接受的技术和/或科学定义。在这点上,术语“流体”包括处于其范 围内(除了液体)的气体,并且从而,所述流体相通(或流体连接) 的部件,在一些情况下,为气体流动相通(或气体流动连接)。
空气/气体:在说明书和权利要求中使用的术语“空气/气体”定义 为不具有独立形状或体积的气态流体。作为非限制性例子,术语“空 气/气体”包括处于其范围内的大气、过滤的大气、纯氮、不同比率的 氮和氧混合物,和其它没有在这里特别说明的气态流体。
为了更完整地理解本发明和其优点,现在结合附图,参考下面其 各种示例性和非限制性实施例的说明,其中相同的附图标记表示相同 的部件。
现在首先参考图1-2,图中表示了根据本发明的压缩机和气动动力 供应系统的一个实施例。一般来说,气动动力供应系统1(图2中更清 楚地表示)包括用于储存压缩空气/气体的容器3,用于将可用空气/气 体压力向空气/气体出口(例如,用于操作工具或向工具提供动力)传 送的调节器5,和用于允许系统操作者手动选择期望输出压力的输出空 气/气体压力调节机构7(例如,使输出压力适于需要不同操作压力的 特定类型工具)。图中还表示了用于将压缩空气/气体动力从动力供应 容器3的调节器5连接或传送到(例如,通过快速连接/分离接头11) 如图所示的气动操作工具(或者用于其它使用终端,例如用于向轮胎 充气)的弹性管或互连部分(下文中为“管”)9。
更具体地,容器3为高压空气/气体储气瓶,其构造成容纳或储存 压缩空气/气体,该压缩空气/气体处于大约0-6000磅每平方英寸或“psi” 的典型压力范围(但是,当然能采用更高容量的容器)。与容器3颈 部中开口相连的为独特设计的调节器5(例如,与容器或瓶通过配合螺 纹相连)。调节器5与被设置为用于从容器3接受最初的高压空气/气 体并且以相对较低的工作或输出压力(例如,在典型地为0-125psi之 间的压力)将其释放。虽然减压至空气/气体工作压力可以在单级中发 生,但在某些实施例中,调节器5构造成两级式调节器。在这种两级 实施例中,在第一步中,调节器将容器3中储存空气/气体的高初始压 力转变成第一阶段中的中间压力,而在第二步中,在第二阶段以进一 步降低的压力或工作压力(例如,该工作压力从适于操作多种气动工 具的压力范围中选择)传送或释放空气/气体。在优选实施例中,无论 是采用单级还是两级式调节器,均具有输出压力调节机构7用以将输 出空气/气体压力变为特定类型工具可采用的压力。例如,在至少一个 实施例中,调节机构7包括手动操作刻度盘(例如,显示可视输出压 力标记),其可以旋转或拨动,以释放特定的期望输出空气/气体压力 (例如,用于气动钉枪的125psi,或用于冲击扳手或其它要求更高压 力的工具的更高的psi)。而且,在特定优选实施中,调节器5包括充 气孔15,通过该充气孔,空气/气体容器3可以充满/再加入压缩空气/ 气体。
为了便于方便地或符合人机工程学地从气动动力供应系统1向气 动工具输送工作气体压力,提供包含一段高压管的弹性管9。在优选实 施例中,该管9包括位于其相对端的接头,分别用于连接至(调节器5 的)空气/气体输出口13,而在其相对端连接至气动工具或其它装置。 在优选实施例中,管9的至少一个接头为通用接头或快速连接/分离型, 其可以连接至多种类型的气动工具。可选地,可以采用专用型接头, 这种类型的接头已被研制出来并已是公知的,且其使用使得这里所述 的系统变得更加广泛。
尽管可以预期多种用于携带或运输系统1的机构和/或方法,但在 特定实施例中,空气/气体供应容器3由背部或底部安装系统携带(例 如,由肩带携带或夹在带子上)。这样的机构或方法当然不应作为限 制本发明的范围。
现在参考图3-4,一个根据本发明的独特移动式空气/气体压缩机 实施例表示为压缩机101。在这点上,如图所示,压缩机101大体包括 容纳马达105和驱动组件107的框架103,驱动组件107操作活塞驱动 泵113用于压缩吸入或输入到压缩机系统中的空气(例如,从周围大 气中)。更具体地,在图示实施例中,当马达105操作时,驱动小带 轮109(例如,直径大约为2英寸),其反过来驱动飞轮111(例如, 直径大约为10英寸),飞轮111通过传动带115与带轮109相连。而 且,如图所示,直线驱动泵113在其第一端,通过传统转动型连接, 连接到轴117上,轴117从飞轮111位于距离飞轮中心或旋转轴线所 选择距离的侧面延伸(例如,这里,在采用直径为10英寸的飞轮时, 轴117位于距离其轴线/中心大约3.0英寸处)。在其第二端,泵113 也通过枢转型(或摇动型)连接,连接到安装部件119上(例如,固 定不动地连接到框架103上)。同样地组装,当飞轮111旋转驱动时 (通过操作马达105带动驱动组件107),造成泵113的活塞121在大 致为直线推和拉冲程中交替变化,以实现空气的加压(即,在图中未 表示的泵113中的压缩腔中)。更具体地,在“拉冲程”中,活塞121 从(泵113的)壳体123中抽出,从而空气被吸入泵的压缩腔中(例 如,在空气/气体输入口125处)。相反,在“推冲程”中,活塞121 被驱动进入壳体123,从而空气在压缩腔中加压,然后通过空气/气体 输出口127排出(例如,用于接着输送到过滤系统)。
虽然上述实施例采用围绕一对尺寸不同的“带轮”(即,包括飞 轮111)运转的传动带作为泵“驱动”(带轮的尺寸比大约为1∶5,使 得泵113在其全操作速度下,在其恰当的优化参数下或范围内操作, 即,低于或处于1350-1400泵循环每分钟范围内,且优选地低于或处于 1380-1385泵循环每分钟范围内),当然可以预期可选实施例中,泵113 采用不同或替代的操作。在一个这样预期的实施例中,马达105直接 驱动飞轮111,而不采用单独的带轮或传动带。特别地,这种实施例结 构更简单,且减少了工作部件的总数量(但是,由于失去了潜在的机 械效益,可能需要采用更大或更强大的马达或不同类型的泵)。
通过对上述压缩机系统各种替代的认真细致实验,加上已经实现 了独特的紧凑和移动式压缩机采用简单的结构和较少的机械部件,申 请人发现通过使用迄今为止未知的、采用特定位置和/或尺寸配重的飞 轮结构的一种或多种结构变化,可以实现特别有利的压缩机性能。在 这点上,在本发明的优选实施例中,飞轮利用在本发明的压缩机中采 用的配重129。
特别地,可以从图5和6中最清楚地看出,在这样的优选(虽然 可选)实施例中,配重129(用假想线或者虚线表示)通过模制、铸造、 机加工、或其它传统加工方法或加工装置与飞轮111制成一体(可选 地,配重129可以作为单独制造的部件固定到飞轮111上)。更具体 地,在最有效的实施例中,配重129(例如,如图所示的10.3盎司的 配重,或更具体地,尺寸大约处于6-16盎司之间,或大约飞轮质量的 10-20%之间的配重)位于与泵113在飞轮上的安装位置直接相对处, 即,在飞轮旋转轴线“a”另一侧或相对侧上与轴117相对。
更具体地,配重129如上所述地布置,使其在泵113的推、拉冲 程受飞轮旋转方向影响时,向由泵113施加在飞轮上的力或阻力提供 平衡力(换句话说,配重129部分地增大飞轮动量,以推动其克服活 塞121进入泵113的推冲程阻力而旋转)。在这点上,在活塞121的 推冲程中,当驱动活塞进入压缩腔以压缩空气/气体时,被压缩的空气/ 气体的阻力阻碍活塞的冲程,从而阻碍飞轮111的旋转(从而倾向于 减低飞轮的转速)。相反,在活塞121的拉冲程中,缺少与空气压缩 相关的阻力导致相对不受阻碍的活塞冲程。结果,与推冲程相比,飞 轮111的转速倾向于增大。但是,飞轮转速的交替变化大体是不希望 的,且会导致部件快速磨损和机械故障,从而限制泵的操作速度上限 (从而限制压缩机的加压能力上限)。
因此,通过使飞轮129如图5和6中所示那样布置(例如,相对 于泵113的安装位置),在推冲程中,配重129布置成使重力大致在 与飞轮旋转方向(即,如图中所示的顺时针方向)相同的方向作用在 配重上。以这种方式,配重上的重力有助于推冲程的完成,从而使有 可能产生的转速下降最小化或消除。相反,在拉冲程(其端点如图6 中所示)中,配重129布置成使重力大致在与飞轮旋转方向相反的方 向作用在配重上。总之,配重129的位置和布置使配重在飞轮111的 定向运动中交替有利于和阻碍活塞的推、拉冲程,从而在压缩机101 操作过程中,实现大体一致的飞轮111转速。以这种方式,基本消除 或至少改善上述与机械可靠性和/或操作速度上限有关的缺点。结果, 至少一种这里所述的压缩机原型产生高达大约5000psi(甚至更高的压 力,如,超过6000psi,或者可能通过进一步优化和/或实验实现甚至超 过10000psi)的压力。
虽然,如本文所述,配重,例如129的使用,向压缩机性能或操 作提供了独特和显著的优点,但可以预料替代实施例可以实现相似的 优点。例如,代替在飞轮111上使用配重,可以采用与传统飞轮相比 具有增大质量的飞轮。以这种方式,通过使用大质量飞轮实现的增大 的动量,在理论上,可以大致克服活塞121在压缩空气/气体时的阻力 (而且,相对于大质量飞轮,在“拉冲程”中阻力的需要将相对不明 显,以实现显著增大的转速)。总之,由于活塞121在推、拉冲程中 分别有阻力和无阻力,这种质量足够大的飞轮将不会经历显著/有害的 速度变化。
除了上述优点,压缩机101的特定实施例采用包括一种或多种类 型过滤器的过滤系统,以用于干燥和/或清洁空气/气体(或者,在采用 所述分子筛的特定实施例中,将一种类型的气体分子与另一种隔离)。 现在再参考图3-6,且尤其是参考图9,表示了这种过滤系统的一个例 子。
如图9中非常清楚地表示,过滤系统135大体包括由干燥过滤器 137和凝聚过滤器139组合构成的过滤柱。更具体地,干燥过滤器137 与空气/气体泵出口127通过连接到空气/气体泵输出管道128(如,传 统高压管)上的144流体相通(即,气体流动相通)。此外,凝聚 过滤器139在物理上且流体上(即,气体流动相通)与干燥过滤器137 串联。反过来,凝聚过滤器139在物理上且流体上与空气/气体输出管 道141的一端相连,空气/气体输出管道141在其另一端与岐管147(其 包括用于与空气/气体容器3相连并填充/压缩空气/气体容器3的充气口 151)相连。
在过滤系统135的实施例中,整个过滤系统大体气密地密封,但 允许空气/气体流过其与管路128和管路141的接头,并选择性地按照 期望通过排气口145(如下文所述)。从而,当操作压缩机101以产生 压缩空气/气体时,该空气/气体以大致满系统压力流过干燥过滤器137 和凝聚过滤器139。以这样的方式,凝聚(例如,凝聚)和/或颗粒 物质从流过过滤器系统(例如,这样导致清洁,干燥的空气/气体)中 过滤。
在一个实施例中,进行操作以向空气/气体容器充气,然后,容器 3首先通过传统或专用阀类型的接头与充气口151相连(例如,在充气 口15处,见图1)。然后,压缩机101开启(例如,通过操作开启/ 关闭开关131),且当压缩机101的系统如上所述操作泵113时,吸入 并压缩空气/气体。当压缩机101压缩或加压吸入的空气/气体时,所压 缩的空气/气体从泵113通过空气/气体出口127流出。然后,在采用过 滤系统135的压缩机实施例中,使压缩或压缩空气/气体首先流过干燥 过滤器137,从压缩空气/气体中去除湿气,然后,通过凝聚过滤器139, 去除特定类型的微粒。
在特定优选实施例中,压缩机101还包括自动关闭开关(图中未 表示),其用于在检测到预定压力或充气压力时,关闭压缩机101。在 采用该自动关闭特征的实施例中,在充气操作过程中,当压缩空气/气 体填充容器3时,压力表143(见图4)监测所提供的空气/气体压力, 并且一旦达到期望的空气/气体压力(例如,其由压缩机操作者利用图 中未表示的压力选择开关或刻度表预先选择),则自动关闭压缩机101 (例如,通过开关继电器)。以这种方式,压缩机101能够自动提供 期望的充气压力(例如,与特定空气/气体储存容器的储存和/或安全限 制相当),而无需主动或始终监测的压力表。但是,当然可以预期非 自动的实施例。
在特定实施例中,在达到期望充气压力后,压缩机101不是如上 所述自动关闭,就是通过操作开关131手动关闭。然后,在将容器3 从充气口151上分离前,开启排气口145(例如,通过翼形螺钉或类似 的机构),残留的压缩空气/气体从排气口清除,并且同时使干燥过滤 器和凝聚过滤器分别清除收集/过滤的凝聚物和颗粒物质。
在另一个可选实施例中,已经通过特定附加改进和实验确定,在 压缩操作过程中采用冷却系统冷却泵113,通过降低内部泵部件的磨损 速率,会充分改善压缩机的性能,例如那些本文中所述的性能。从而, 在特定实施例中,诸如在图3-6中所示的优选实施例中,作为可选特征, 提供在操作过程中用于冷却泵113的冷却系统201。
如图3-6中所示的各种视图,冷却系统201大体包括存储传统成分 液态或气态冷却剂(例如,“防冻”型液体)的冷却剂容器205,用于 从容器中并通过冷却系统泵送冷却剂的泵203(例如,传统水泵),和 用于在冷却剂通过回流通道213返回冷却剂容器205之前,从冷却液 体/气体中去除所吸收/吸附热量的散热器215。
更具体地,且在系统201的示例性操作中,在压缩机操作过程中, 当泵203驱动时,冷却液体(或气体)首先从容器205抽入并通过泵 203的内部管,然后,通过冷却剂进管207进入泵113。当冷却剂进入 泵113时,其沿着活塞121的长度及其附近(例如,通过周向环绕活 塞121的管)在壳体123中循环,从而吸收/吸附在泵113操作过程中 由活塞产生的热。在泵113内部部件中循环后,然后使冷却剂通过冷 却剂出管211流出泵113(通过泵203的持续操作),冷却剂通过冷却 剂出管211传送到散热器215(例如,传统散热器结构)。在流过散热 器215后,其中由冷却剂“携带的”热量充分去除或降低(例如,主 动地或被动地),冷却剂通过冷却剂回流通道213返回容器205(例如, 用于通过冷却系统重新循环)。当然,可以预期可选择的方法和机构, 用于在操作过程中冷却泵113。
可以确信压缩机101在与这里所述(或者如我们的美国专利 6,932,128中所述的)移动式气动动力系统结合使用时特别有利,即, 因为在与该所述系统一起使用时,组合的压缩机或动力供应系统大大 优于本领域共知的传统直接压缩-驱动气动工具系统。而且,压缩机101 能够为很多其它使用终端产生清洁,干燥的压缩空气/气体。此外,如 这里所述的压缩机体现了优于公知压缩机的显著性能改善。在这点上, 压缩机101能够始终用高空气/气体压力填充较大的空气/气体供应容 器,而具有迄今为止未知的紧凑和简单的结构设计。特别地,压缩机 101紧凑和轻重量的结构使其成为具有如此高性能压缩能力的移动式 压缩机。而且,压缩机101的特定实施例,相对于公知的压缩机,可 以显著地简化结构设计。在这点上,在优选实施例中,压缩机101利 用单一的传动带115使维护最少,并延长寿命,无需更换或废弃机油, 无需燃料、机油或过滤器,和/或大体不采用易于生锈和损坏的部件。 其它的特定实施例(可选地,或直接与上述改进结合),具有较低的 操作噪音水平(大体约为55dBA或更小),实际上是免维护的,用标 准动力/电源(例如,110伏电源)操作,不排放有毒烟气或废物,和/ 或自清洁(例如,由于湿气和灰尘颗粒如上所述在每次使用的最后从 系统中净化)。
一旦给出了上述非限制公开,则许多其它特征,修改和改进对于 本领域技术人员来说是显而易见的。从而这样的其它特征,修改和改 进可以被认为是本发明的一部分,本发明的范围由下面所附的权利要 求确定。
相关申请
本申请要求题为“气体压缩机”的美国临时专利申请60/780,236 的优先权,该申请是本申请的系列申请,因此结合其全部内容作为参 考。题为“用于使用轻型移动式空气/气体动力供应的设备和方法”的 美国专利6,932,128,该专利是本申请的系列申请,因此进一步结合其 全部内容作为参考。
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