Циклонный пылеуловитель (варианты) и пылесос с таким циклонным пылеуловителем
Циклонный пылеуловитель, содержащий корпус циклона, имеющий входной воздушный канал, через который запыленный воздух поступает в корпус циклона, причем по меньшей мере часть воздуха, всасываемого в корпус циклона, образует вихревой поток; при этом корпус циклона имеет выходной воздушный канал, соединенный со средством создания разрежения для всасывания воздуха через выходной воздушный канал из вихревого потока и имеющий входное отверстие, расположенное вблизи вихревого потока; и проходной направляющий элемент, расположенный в выходном воздушном канале на расстоянии от входа в указанный канал и предназначенный для уменьшения скорости воздуха, всасываемого через выходной воздушный канал, и для уменьшения турбулентности воздуха, проходящего через этот канал. Циклонный пылеуловитель используется в пылесосе. Использование данной группы изобретений обеспечивает снижение скорости воздуха, всасываемого через входной воздушный канал и шум, возникающий в выходном воздушном канале. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Приоритет данной заявки заявляется по заявке на патент на изобретение Кореи № 2004-66369, которая подана 23 августа 2004 года в Управление Интеллектуальной Собственности Кореи и описание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к пылесосу, а точнее к циклонному устройству для сбора пыли (далее циклонный пылеуловитель), предназначенному для отделения пыли и загрязнений из воздуха под действием центробежной силы.
Предпосылки изобретения
Пылесос всасывает воздух при работе вентилятора с электроприводом, размещенного в основном корпусе пылесоса. Всасывание или разрежение, создаваемое вентилятором, обеспечивает втягивание пыли и загрязненного воздуха с расположенной снаружи очищаемой поверхности.
В конструкциях пылесосов, известных из уровня техники, обычно используется мешок для пыли и/или фильтр для сбора пыли, но с недавнего времени для сбора пыли в пылесосах стали использовать циклонные пылеуловители, поскольку они имеют неограниченный срок службы, их легко опоражнивать и легко очищать.
Заявка на патент на полезную модель Кореи № 1993-4891, названная "Пылесос с циклоном", и заявка на патент на изобретение Кореи № 1993-5099, озаглавленная "Пылесос", представляют собой примеры пылесосов, имеющих циклонные пылеуловители. Циклонный пылеуловитель содержит корпус циклона, который включает в себя входной и выходной воздушные каналы. Корпус циклона создает вихревой поток загрязненного пылью воздуха, втягиваемого через входной воздушный канал в корпус циклона, где частицы под действием центробежной силы отделяются от всасываемого воздуха. Очищенный воздух выпускается наружу через выходной воздушный канал.
Как известно, поток воздуха, который выходит из выходного воздушного канала, является турбулентным из-за внутренних сил вихревого потока, входящего в выходной воздушный канал. Турбулентный воздушный поток, проходя через выходной воздушный канал, ударяется о внутреннюю стенку выходного воздушного канала или сталкивается с уже очищенным воздухом, выходящим из корпуса циклона, так что давление и объем воздуха, проходящего через выходной воздушный канал, могут иметь там потери. Потеря давления в выходном воздушном канале увеличивает нагрузку на устройство создания разрежения в пылесосе. Вследствие этого возрастает расход электроэнергии.
Если поперечное сечение выходного воздушного канала меньше, чем поперечное сечение корпуса циклона, то скорость потока очищенного воздуха, выходящего из выходного воздушного канала, соответственно возрастает. К сожалению, увеличение скорости воздуха в выходном канале вызовет такое увеличение шума, что может потребоваться устройство для его ослабления.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение было задумано для решения упомянутых выше проблем, существующих в известном уровне техники, и цель настоящего изобретения состоит в создании усовершенствованного циклонного пылеуловителя, используемого в пылесосах или в других устройствах для отделения частиц и имеющего улучшенные возможности сбора мельчайших пылевых частиц при пониженном шуме потоков воздуха.
Для достижения обозначенных выше целей предложен циклонный пылеуловитель в пылесосе или другом устройстве для отделения частиц, содержащий корпус циклона, имеющий входной воздушный канал для всасывания загрязненного воздуха и выходной воздушный канал, соединенный со средством создания разрежения для всасывания. Корпус циклона образует вихревой поток по отношению к воздуху, втягиваемому в выходной воздушный канал, при этом имеется проходной направляющий элемент, расположенный во выходном воздушном канале. Корпус циклона уменьшает выходную скорость очищенного воздуха, выпускаемого через выходной воздушный канал, и создает ламинарный поток очищенного воздуха.
Проходной направляющий элемент содержит направляющие ребра, проходящие в воздушный поток с образованием прохода для воздуха в центре выходного воздушного канала. Направляющие ребра могут быть расположены на расстоянии от входа в выходной воздушный канал. Проходной направляющий элемент также может выступать от внутренней поверхности выходного воздушного канала.
Направляющие ребра могут быть расположены с интервалом порядка 90 градусов по периферии выходного воздушного канала. Каждое направляющее ребро может быть выполнено с криволинейной частью, обращенной к входу в выходной воздушный канал, и с прямолинейной частью, проходящей от криволинейной части к выходу из выходного воздушного канала. Криволинейные части расположенных напротив друг друга ребер могут быть загнуты в противоположных направлениях.
Проходной направляющий элемент также может содержать S-образное направляющее ребро, разделяющее поток выходного воздушного канала на две части, отделенные друг от друга указанным ребром. Проходной направляющий элемент также может содержать два S-образных направляющих ребра, расположенных одно на другом, для разделения выходящего воздуха в поперечном сечении на две части.
Два S-образных направляющих ребра могут быть расположены поперечно один относительно другого. Проходной направляющий элемент может содержать направляющие ребра, разделенные посередине с образованием двух концов, загнутых в противоположных направлениях.
Описанный выше проходной направляющий элемент уменьшает турбулентность воздуха, выходящего из выпуска корпуса циклона. Таким образом, пониженная турбулентность в выпускаемом потоке воздуха снижает потери мощности, при этом нагрузка на средство создания разрежения для всасывания в пылесосе, в котором используется проходной направляющий элемент в циклонном пылеуловителе, уменьшается. Более того, так как проходной направляющий элемент снижает скорость воздуха, высасываемого через выходной воздушный канал, то и шум, возникающий в выходном воздушном канале, также понижается.
Краткое описание чертежей
Указанные выше особенности, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего ниже подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 изображает поперечное сечение предпочтительного варианта выполнения циклонного пылеуловителя.
Фиг.2 изображает вид в аксонометрии проходного направляющего элемента выходного воздушного канала циклонного пылеуловителя, показанного на фиг.1.
Фиг.3 изображает продольный разрез узла, показанного на фиг.2.
Фиг.4 изображает вид сверху узла, показанного на фиг.2.
Фиг.5 изображает вид в аксонометрии выходного воздушного канала, имеющего проходной направляющий элемент, который является неотъемлемой частью циклонного пылеуловителя, согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг.6 изображает вид в аксонометрии выходного воздушного канала, имеющего проходной направляющий элемент, который является неотъемлемой частью циклонного пылеуловителя, согласно третьему варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг.7 изображает вид в аксонометрии выходного воздушного канала, имеющего проходной направляющий элемент, который является неотъемлемой частью циклонного пылеуловителя, согласно четвертому варианту выполнения настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Некоторые варианты выполнения настоящего изобретения описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.
В следующем ниже описании для обозначения одинаковых деталей, изображенных на разных чертежах, использованы одни и те же номера позиций. Описанные здесь варианты выполнения являются только примерами и не предназначены для ограничения раскрытого здесь изобретения. Точнее, раскрытое здесь изобретение ограничено содержанием прилагаемой формулы изобретения. К тому же хорошо известные функции и конструкции не описаны подробно, так как в обратном случае заявляемое изобретение было бы усложнено введением излишних деталей.
Фиг.1 изображает поперечное сечение предпочтительного варианта выполнения циклонного пылеуловителя. Циклонный пылеуловитель содержит вихревой сосуд или корпус 110 циклона и проходной направляющий элемент 113. Входной воздушный канал 111 обеспечивает проход для всасывания загрязненного воздуха. Выходной воздушный канал 112 соединен со средством создания разрежения для всасывания (не показано), которое всасывает воздух через корпус 110, заставляя воздух, всасываемый через входной воздушный канал 111, формировать вихревой поток или циклон, как показано на сриг.1. Под действием центробежной силы вихревой поток отделяет загрязняющие вещества из воздуха.
Резервуар 120 для сбора загрязняющих веществ может быть прикреплен с обеспечением возможности его съема к нижней части корпуса 110 для сбора загрязняющих веществ, отделенных от воздуха под действием центробежной силы.
Элемент 113 установлен в выходном воздушном канале 112. Он уменьшает турбулентность воздуха, протекающего через этот канал 112, и снижает скорость воздуха, проходящего через него, благодаря чему уменьшается шум, создаваемый в выходном воздушном канале 112, а также уменьшается и потребляемая энергия, требуемая для перемещения определенного объема воздуха за определенный отрезок времени.
Элемент 113 может быть установлен в трубе или насадке, образующей выходной воздушный канал 112, в виде отдельной конструктивной детали. Он также может быть выполнен в виде единого целого с выходным воздушным каналом 112, например, путем отливки. Элемент 113 вне зависимости от того, как он образован или установлен в выходной воздушный поток, выступает в воздушный поток, который протекает через выходной воздушный канал 112.
Оптимальную конфигурацию элемента 113 (т.е. его геометрию, размер, очертания, конструкцию, неровность поверхности и т. д.) наилучшим образом определяют экспериментально, так как способность элемента 113 подавлять турбулентность зависит от нескольких причин, включающих в себя форму и площадь поперечного сечения выходного воздушного канала 112, но не ограниченных ими. Способность подавления турбулентности также зависит от требуемой скорости потока воздуха через выходной воздушный канал 112. Другие факторы, влияющие на способность проходного направляющего элемента подавлять турбулентность, включают его форму, то, как оно установлено (использованы ли галтели и закругления для устранения внутренних и наружных углов) и даже от неровности поверхности.
Элемент 113, соответствующий первому предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения, имеет четыре направляющих ребра 210, каждое из которых выступает от внутренней поверхности выходного воздушного канала 112. Четыре направляющих ребра 210 в этом варианте выполнения образуют воздушный проход 211, как показано на фиг.2-4.
Каждое из направляющих ребер 210, изображенных на фиг.2-4, имеет криволинейную часть 210а и прямолинейную часть 210b, как показано на фиг.3. Ребра установлены в выходном воздушном канале 112 таким образом, что криволинейная часть 210а обращена к входному концу выходного воздушного канала 112.
Криволинейная часть 210а имеет относительно широкую и ровную поверхность, о которую воздух, поступающий через выходной воздушный канал 112, ударяется и вследствие этого теряет скорость втягивания в выходной воздушный канал 112. Криволинейная часть 210а направляющих ребер направляет поток воздуха на прямолинейную часть 210b.
Прямолинейная часть 210b проходит от криволинейной части 210а в направлении выходного конца выходного воздушного канала 112. Прямолинейные части 210b выпрямляют потоки воздуха, направляемые на них криволинейными частями 210а, уменьшая таким образом турбулентность в потоке и способствуя тому, чтобы сделать поток ламинарным или близким к ламинарному.
Четыре направляющих ребра 210 равномерно распределены по круговому в поперечном сечении выходному воздушному каналу 112. Поэтому их можно считать "размещенными" с интервалами в 90° один по отношению к другому, а также к центральной оси выходного воздушного канала 112, вокруг которой они равномерно распределены. Криволинейные части 210а расположенных друг напротив друга направляющих ребер 210, загнуты в противоположных направлениях, как показано на фиг.2.
В соответствии с описанной выше конструкцией, криволинейные части 210а способствуют формированию вихревого или вращающегося воздушного потока и плавному направлению вращающегося воздуха в выходной воздушный канал 112 для уменьшения вращения очищенного воздуха. Они также частично перекрывают путь всасываемому воздуху, благодаря чему снижается скорость потока воздуха при его выходе из выходного воздушного канала 112. Уменьшенная скорость выходящего воздуха внутри выходного воздушного канала 112 и на выходе из него сказывается в уменьшении шума, создаваемого в выходном воздушном канале 112.
Как показано на фиг.3, направляющие ребра 210 могут быть установлены на удалении от входа в выходной воздушный канал 112. На фиг.3 направляющие ребра отодвинуты от входа 222 в выходной воздушный канал на расстояние D.
Воздушный проход 211 может быть расположен по существу в центральной части выходного воздушного канала 112, как показано на фиг.2 и 4. В варианте исполнения, изображенном на фиг.2 и 4, каждое из четырех направляющих ребер 210 имеет по существу одинаковую ширину. Воображаемые линии А1, А2, A3 и А4, изображенные на фиг.2, проходят по ширине каждого из четырех направляющих ребер выходного воздушного канала 112. Их взаимное пересечение определяет площадь поперечного сечения воздушного прохода 211, отмеченного на фиг.2 штриховкой.
Очищенный воздух, выпускаемый через воздушный проход 211, выходит без помех из выходного воздушного канала 112. Поэтому основной поток воздуха движется к средству создания разрежения быстрее, чем это было бы, если бы он направлялся направляющими ребрами 210. Соответственно, направляющие ребра 210 формируют ламинарный воздушный поток в области, примыкающей к внутренней поверхности выходного воздушного канала 112, так что может быть предотвращена турбулентность потока, которая возникает, когда основной поток выпускается через воздушный проход 211 и сталкивается с потоками вдоль внутренней поверхности выходного воздушного канала 112.
Для подтверждения влияния проходного направляющего элемента, имеющего направляющие ребра 210, был проведен эксперимент с использованием пыли восьми типов, каждая со средним размером частиц около 7,5 мкм при выпускной скорости около 20 м/с на выходе из выходного воздушного канала 112. Когда элемент 113 построен или "конфигурирован" так, что он имеет четыре направляющих ребра 210, как показано на фиг.2-4, то потери давления снижаются приблизительно на 7-13%. Более того, экспериментально было определено, что наличие или отсутствие ребер 210 не оказывает влияния на воздушный поток в корпусе 110.
Наличие четырех направляющих ребер 210, показанных на фиг.2-4, не следует интерпретировать как необходимость или ограничение. Два, три или несколько направляющих ребер могут быть размещены на некотором удалении друг от друга в выходном воздушном канале 112.
Элемент 113, соответствующий второму варианту выполнения, может быть S-образным направляющим ребром 220, как это изображено на фиг.5. Оба конца S-образного направляющего ребра 220 прикреплены к выходному воздушному каналу 112, разделяя канал на две по существу равных по площади поперечного сечения части, если смотреть с конца выходного воздушного канала 112.
В еще одном альтернативном варианте выполнения элемент 113 может содержать два или более S-образных направляющих ребер 220, где каждое из них расположено одно над другим, как показано на фиг.6. В еще одном альтернативном варианте выполнения (не показан) два или более S-образных направляющих ребра 220 могут быть введены в виде слоя одно в другое, хотя предпочтительное расположение S-образных направляющих ребер 220 такое, когда одно пересекает другое.
Проходной направляющий элемент согласно четвертому варианту выполнения настоящего изобретения может быть таким, каким он изображен на фиг.7, где два направляющих ребра 230 разделены посередине на две части, изогнутые в противоположных направлениях.
Если элементы 113 являются такими, что описаны выше в любом из вариантов выполнения или эквивалентны им, то введение проходных направляющих элементов 113 в выходной поток воздуха, который проходит через выходной воздушный канал 112, снижает или устраняет турбулентность, так что потери давления в выпускном воздушном канале 112 уменьшаются. Скорость воздуха, всасываемого в выходной воздушный канал 112 поэтому уменьшается, снижая уровень создаваемого шума.
Как описано выше, элемент 113 уменьшает турбулентность и уменьшает потери давления, вызванные турбулентным потоком, создаваемым во время выпуска очищенного воздуха. В связи с этим снижается нагрузка на средство создания разрежения, а, следовательно, снижается потребляемая энергия, необходимая для работы циклонного пылеуловителя.
Далее, проходной направляющий элемент снижает скорость потока воздуха, всасываемого в выходной воздушный канал, так что шум, создаваемый в выходном воздушном канале, уменьшается.
Вышеизложенные варианты выполнения и преимущества являются только иллюстративными, и их не следует интерпретировать как варианты, ограничивающие настоящее изобретение.
Специалистам в этой области техники понятно, что описанный выше циклонный пылеуловитель без труда может использоваться во многих областях.
Циклонный пылеуловитель, несомненно, может использоваться в пылесосах вертикального и баллонного типа, тех, что упомянуты выше в известном уровне техники по патентной литературе. Так как известно, что пылесосы требуют наличия средства создания разрежения, такого как вентилятор с приводом от двигателя, шланга и собирателя пыли, который приводится в действие на полу или на другой очищаемой поверхности, то дальнейшее раскрытие этих хорошо известных узлов пылесосов здесь опущено для краткости.
Настоящее изобретение также может использоваться для отделения частиц в других системах фильтрации воздуха и газа, в которых маленькие частицы, взвешенные в воздухе или других газах, могут быть отделены под действием центробежной силы. Поэтому относящуюся к заявке формулу изобретения не следует истолковывать ограниченной только применением в пылесосах, она может использоваться для отделения частиц, взвешенных в воздухе и других газах, и ее следует истолковывать широко - как сепаратор взвешенных в газе частиц.
1. Циклонный пылеуловитель, содержащий
корпус циклона, имеющий входной воздушный канал, через который запыленный воздух поступает в корпус циклона, причем по меньшей мере часть воздуха, всасываемого в корпус циклона, образует вихревой поток;
при этом корпус циклона имеет выходной воздушный канал, соединенный со средством создания разрежения для всасывания воздуха через выходной воздушный канал из вихревого потока и имеющий входное отверстие, расположенное вблизи вихревого потока; и
проходной направляющий элемент, расположенный в выходном воздушном канале на расстоянии от входа в указанный канал и предназначенный для уменьшения скорости воздуха, всасываемого через выходной воздушный канал, и для уменьшения турбулентности воздуха, проходящего через этот канал.
2. Пылеуловитель по п.1, в котором проходной направляющий элемент содержит направляющие ребра, выступающие от внутренней поверхности выходного воздушного канала.
3. Пылеуловитель по п.1, в котором проходной направляющий элемент содержит направляющие ребра, выступающие от внутренней поверхности выходного воздушного канала и образующие воздушный проход, по существу, в центре указанного канала.
4. Пылеуловитель по п.3, в котором направляющие ребра расположены вокруг центральной оси выходного воздушного канала с интервалом в 90°.
5. Пылеуловитель по п.4, в котором каждое направляющее ребро содержит криволинейную часть, обращенную к входному отверстию выходного воздушного канала, и прямолинейную часть, проходящую от криволинейной части к выходу из выходного воздушного канала.
6. Пылеуловитель по п.5, в котором криволинейные части противоположных направляющих ребер изогнуты в противоположных направлениях друг относительно друга.
7. Пылеуловитель по п.1, в котором проходной направляющий элемент содержит S-образное направляющее ребро, разделяющее выходной воздушный канал на две части.
8. Пылеуловитель по п.1, в котором проходной направляющий элемент содержит S-образные направляющие ребра, расположенные с обеспечением разделения выходного воздушного канала на несколько частей.
9. Пылеуловитель по п.8, в котором два S-образных направляющих ребра расположены поперек друг друга.
10. Пылеуловитель по п.1, в котором проходной направляющий элемент содержит направляющие ребра, разделенные посередине с образованием двух концов, загнутых в противоположных направлениях.
11. Циклонный пылеуловитель, содержащий
корпус циклона, имеющий входной воздушный канал, через который всасывается запыленный воздух, и выходной воздушный канал, соединенный со средством создания разрежения, всасывающим воздух из выходного воздушного канала, протекающий через корпус циклона из входного воздушного канала, и имеющий входное отверстие, расположенное вблизи вихревого потока, причем корпус циклона между входным и выходным воздушными каналами имеет внутреннее пространство, в котором воздух, проходящий через корпус циклона, образует вихревой поток;
резервуар для сбора загрязнений, который функционально соединен с корпусом циклона и в котором собираются загрязнения, отделенные вихревым потоком; и
проходной направляющий элемент, расположенный в выходном воздушном канале на расстоянии от входа в указанный канал и предназначенный для уменьшения скорости воздуха, протекающего через выходной воздушный канал, причем проходной направляющий элемент уменьшает турбулентность в выходном воздушном канале и направляет ламинарное течение.
12. Пылесос, содержащий
средство создания разрежения;
корпус циклона, функционально соединенный со средством создания разрежения и имеющий входной воздушный канал, через который всасывается запыленный воздух, и выходной воздушный канал, соединенный со средством создания разрежения, всасывающим воздух из выходного воздушного канала, протекающий через корпус циклона из входного воздушного канала, и имеющий входное отверстие, расположенное вблизи вихревого потока, причем корпус циклона между входным и выходным воздушными каналами имеет внутреннее пространство, в котором воздух, проходящий через корпус циклона, образует вихревой поток;
резервуар для сбора загрязнений, который функционально соединен с корпусом циклона и в котором собираются загрязнения, отделенные вихревым потоком; и
проходной направляющий элемент, расположенный в выходном воздушном канале на расстоянии от входа в указанный канал и предназначенный для уменьшения скорости воздуха, протекающего через выходной воздушный канал, причем проходной направляющий элемент уменьшает турбулентность в выходном воздушном канале и направляет ламинарное течение.
