CN101816537B - 旋风分离装置 - Google Patents
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Abstract
用于例如真空吸尘器(33)的清洁设备的旋风分离装置(1)，具有纵向轴线(16)，上游旋风分离器(2)和下游旋风器组件(8)。下游旋风器组件(8)包括多个彼此并联地设置的旋风器(9a，9b)。下游旋风器(9a，9b)被设置为第一组(14)和第二组(15)，第一组中的每个旋风器具有相对于旋风分离装置(1)的纵向轴线(16)倾斜第一角度(α)的纵向轴线(10a)，第二组中的每个旋风器具有相对于旋风分离装置(1)的纵向轴线(16)倾斜第二角度(β)的纵向轴线(10b)。第二角度(β)大于第一角度(α)。本发明允许下游旋风器组件(8)被紧凑地组装。
Description
技术领域
本发明涉及用于从流体流分离颗粒的旋风分离装置，例如用于如真空吸尘器中。
背景技术
使用旋风分离器的真空吸尘器是已知的。在典型的旋风真空吸尘器中，其中携带脏物和灰尘的空气经由切向入口进入第一旋风分离器，其导致气流在收集腔内沿盘旋或螺旋路径。离心力作用在携带的脏物上，以把该脏物从气流分离。较清洁的空气穿出该腔室，而被分离的脏物和灰尘被收集在其中。在一些应用中，气流随后经过第二旋风分离器级，其能比第一旋风分离器分离更细微的脏物和灰尘。这种配置的一个例子示出在EP1268076中，其中多个旋风器在旋风分离器中并联工作。与相当的单一旋风器装置相比，每个单独的旋风器较小。每个单独的旋风器相对较小的尺寸具有增加作用在穿过旋风器主体的气流中携带的颗粒上的离心力的效果。该力的增加导致装置的分离效率的增加。被第二旋风分离器级分离的细微脏物和灰尘通常也被收集在收集腔室中。清洁的气流然后离开该收集腔室。
在家用真空吸尘器设备中，对于该设备期望的是在不损害该设备的性能的前提下尽可能制造地紧凑。对于包括在该设备中的分离装置的效率期望的是，尽可能地有效和从气流中分离高比例的非常细微的颗粒。进一步的考虑是分离装置制造和组装简单。
本发明提供一种旋风分离装置，具有纵向轴线且包括上游旋风分离器和下游旋风器组件，该下游旋风器组件包括多个彼此并联布置为第一组和第二组的旋风器，第一组的旋风器中的至少一些具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第一角度的纵向轴线，第二组的旋风器中的至少一些具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第二角度的纵向轴线，该第二角度大于该第一角度。
发明内容
本发明的配置使得高分离效率通过多个并联旋风器得以实现，同时还允许下游旋风器组件被紧凑地组装。与下游旋风器被形成为它们的纵向轴线基本平行的情况相比，本发明的下游旋风器组件占据更小的体积。这允许该装置用于例如家用真空吸尘器的设备中。
优选地，第一组的所有旋风器具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第一角度的纵向轴线。还优选的是，第二组的所有旋风器具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第二角度的纵向轴线。这种配置使得旋风分离装置容易制造和组装。
有利地，第二组的旋风器至少部分地环绕第一组的旋风器，这提供了下游旋风器组件的紧凑结构。
有利地，下游旋风器组件的至少一些旋风器具有位于各旋风器内的帽，该帽包括到旋风器的入口。通过把到旋风器的入口定位在旋风器自身之内，可设置更紧凑的配置。
优选地，该帽是单件构造，其还包括下面的至少一些：螺旋通道，从入口延伸到旋风器的内部；用于旋风器的出口；一个或多个挡板，设置用于减少流出的气流中的湍流。这种单件构造还简化了旋风分离器的制造和组装。
螺旋通道可沿第一旋转方向(如顺时针方向)或沿相反旋转方向(逆时针方向)延伸。颜色编码可被使用，以使得组装线操作者可区别具有顺时针方向通道的帽和具有逆时针方向通道的帽。
本发明还提供一种制造旋风分离装置的方法，该装置具有纵向轴线，和下游旋风器组件，该组件包括多个彼此并联设置的旋风器，该方法包括：模制第一部件，该第一部件包括第一组旋风器，该第一组旋风器的至少一些具有相对于组装的旋风分离装置的纵向轴线以第一角度倾斜的纵向轴线；和模制第二部件，该第二部件包括第二组旋风器，该第二组旋风器的至少一些具有相对于组装的旋风分离装置的纵向轴线以第二角度倾斜的纵向轴线，该第二角度大于第一角度。
本发明的方法允许制造迄今可能的更复杂的下游旋风器组件，使得可以实现更紧凑的配置。
附图说明
本发明将通过例举的方式并参考所附附图予以说明，在附图中：
图1是根据本发明构造的旋风分离装置的分解视图；
图2是图1的旋风分离装置的截面侧视图；
图3a是图1和2的旋风分离装置的部件的侧视图；
图3b是图3a的部件的从上方看的透视图；
图4a是图1和2的旋风分离装置的另一部件的侧视图；
图4b是图4a的部件的从上方看的透视图；
图5a是图1和2的旋风分离装置的另一部件的截面侧视图；
图5b是图5a的部件的从上方看的透视图；
图5c是图5a和5b的部件的从下方看的透视图；和
图6是使用图1和2的旋风分离装置的真空吸尘器在使用时的透视图。
具体实施方式
在整个说明书中相同的参考标号表示相同的部件。
参考图1，通常由参考标号1表示的旋风分离装置在分解视图中示出。图2是组装的旋风分离装置1的所有元件的截面视图。为了清楚，一些部件，例如固定件、密封件和止挡件，从这些附图中省略。
旋风分离装置1包括上游旋风器2，该上游旋风器2具有圆柱形侧壁3和基座4。切向入口5设置在侧壁3的上部3a中。在使用中，切向入口5沿与侧壁3成切向的方向传送携带颗粒的流体到上游旋风器2的内部，以在上游旋风器的内部中建立回旋流(swirling flow)。该回旋的螺旋流导致流体流中携带的较大颗粒的一部分从该流体流分离。侧壁3的下部3b和基座4一起形成用于颗粒的收集器6，该颗粒例如是由上游旋风器2分离的脏物和灰尘。基座4枢转地连接到侧壁3。收集器6通过使用者打开基部4而将分离的颗粒排空。
护罩7定位在上游旋风器2的圆柱形侧壁3的内部。护罩7包括具有多个通孔的圆柱壁。护罩7提供上游旋风器2和下游旋风器组件8之间的连通路径。
下游旋风器组件8包括并联布置的多个下游旋风器9a、9b。每个下游旋风器9a包括截头圆锥形(frusto-conical)构件，该构件具有纵向轴线10a且在其每个端部还具有开口11a、12a。开口11a比开口12a大。每个下游旋风器9b也包括截头圆锥形构件，该构件具有纵向轴线10b且还在每个端部具有开口11b、12b。开口11b比开口12b大。在该实施例中，下游旋风器9a、9b的每个都取向为使得其相应的较大开口11a、11b在其较小开口12a、12b上方。下游旋风器9a、9b的每个都包括槽13a、13b。槽13a、13b绕相应较大开口11a、11b的直径延伸一部分长度。旋风器9a、9b的内直径基本相同。
下游旋风器9a、9b被设置为两组：第一组14和第二组15。第一组14在图3a和3b中详细示出。第一组14包括三个下游旋风器9a的组。第一组14的这些下游旋风器9a设置成束且它们的较大开口11a彼此邻近。每个旋风器9a被取向为使得其较大开口11a中的其相应槽13a从该束的中心朝外。第一组14的每个旋风器9a被倾斜，以使得较小的开口12b比较大的开口11a更靠近该束的中心。纵向轴线10a在下游旋风器组件8下方的一点汇聚。参考图2，旋风分离装置1，当被组装时，具有其自己的纵向轴线16。旋风器9a的第一组14的纵向轴线10a相对于旋风分离装置的纵向轴线16倾斜第一角度α，该角度相对较小。在该实施例中，第一角度α大约为7°。2°和15°之间的α数值对于旋风配置的实施例是适当的。
第二组15包括十个下游旋风器9b的组，且在图4a和4b中详细示出。第二组15的下游旋风器9b设置在圆的直径上，且它们的较大开口11b彼此邻近。每个旋风器9b被取向为使得其较大开口11b中的相应槽13b径向地朝向内部。第二组15的每个旋风器9b被倾斜为使得较小的开口12b比较大的开口11b更靠近该圆的中心。纵向轴线10b在下游旋风器组件8下方的一点处汇聚，但是该点不是像第一组14的汇聚点那样低。旋风器9b的第二组15的纵向轴线10b相对于旋风分离装置的纵向轴线16倾斜第二角度β，该角度大于第一角度α。在该实施例中，第二角度β大约为20°。15°和45°之间的β的数值对于该旋风配置的实施例是适当的。
第二组15的下游旋风器9b通过支撑环17被保持为该圆形配置，该支撑环沿下游旋风器9b位于中途，位于较大的开口11和较小的开口12之间。支撑环17还有助于组装旋风分离装置1，如后面在说明书中描述。
第二组15的旋风器9b的较小的开口12b被斜切，以使得每个开口位于一平面内，该平面相对于旋风分离装置1的纵向轴线16成一角度倾斜，以使得每个旋风器9b具有最低部分，该最低部分位于距离相应的较大开口11b最远处。下游旋风器9b的该配置提供较小的开口12b的更大的有效面积，其有助于防止旋风器9b中发生阻塞。在该实施例中，最低部分径向地朝向由第二组15的旋风器9b限定的圆外部且朝向收集器6的侧壁3。
下游旋风器组件8还包括多个帽18。每个帽被设置为安装在下游旋风器9a、9b的相应一个内。存在两种类型的帽18a、18b，且18a类型的帽在图5a、5b和5c中详细示出。帽18a是单件构造，其包括四个主要特征部：入口19；通道20；出口21；和一个或多个挡板22。
帽18a是大致圆柱形的形状，具有基本上圆形横截面。圆的直径对应于下游旋风器9a、9b的较大的开口11a、11b的内直径。帽18a具有增大直径的区域，该区域包括入口19。入口19的内截面为大致矩形。入口19的外部尺寸对应于槽13a、13b的内部尺寸。当旋风分离装置1被组装时，帽18安装在下游旋风器9a、9b的相应一个中，且每个帽的入口19被保持在相应槽13a、13b中。
通道20从入口19延伸且在帽18a中沿螺旋路径行进，该螺旋路径沿着帽的圆形截面内的圆行进且沿该圆柱轴向地延伸。通道20的截面大致为矩形，且其内部尺寸沿其螺旋路径的长度减小。通道20具有上壁23；在该通道的一端处，该上壁23与入口19的上壁的内部齐平；在通道的另一端处，该壁与帽18a的圆柱形部分的底部表面24齐平。在帽18a中，通道20沿顺时针方向延伸；在18b类型的帽中，通道沿逆时针方向延伸。
出口21，其有时还被称为涡流探测器，相对于帽18a的圆柱形部分轴向地延伸且与通道20限定的圆的中心同轴线。出口21从底部表面24延伸且从帽18a的圆柱形部分离开。出口21包括圆形截面的管状构件。挡板22沿出口21的内部表面延伸。挡板22绕出口21的内圆周均匀地间隔且沿其轴向地延伸。挡板22的径向尺寸相对较小。在使用中，挡板22有助于螺旋气流在离开下游旋风器9a、9b时变直，其有助于恢复装置内的压力。
当旋风分离装置1被组装时，下游旋风器组件8的每个下游旋风器9a、9b与收集器6中的下游收集器25连通。下游收集器25包括圆柱壁，该壁定位在护罩7之内和之下。来自护罩7的气流经由相应入口19进入下游旋风器9a、9b。螺旋通道20使得进入的空气形成回旋流。下游旋风器9a、9b的每个都具有比上游旋风器2的直径小的直径。因此，下游旋风器组件8在使用时能比上游旋风器2从部分清洁的气流分离更小的脏物和灰尘颗粒。分离的脏物和灰尘离开下游旋风器组件8且进入下游收集器6。清洁的空气然后回流向上(flow back up)穿过下游旋风器9a、9b且穿过旋风器出口21。
清洁的空气然后进入形成在旋风器盖体27中的旋风器出口管26，该盖体安装在下游旋风器组件8上的罩28和密封件29上。旋风器出口管26形成旋风分离装置1的外表面的一部分。来自分离旋风器出口管26的气流在旋风器盖体27中被合并为一股气流，其经由出口30离开旋风分离装置1。
手柄31定位在下游旋风器组件8的罩上且被设置为允许使用者携带该旋风分离装置1。使用者然后可把旋风分离装置1放置在适当的脏物和灰尘容器上，例如垃圾箱，然后打开基座4以清空收集在收集器6和25中的脏物和灰尘。
与下游旋风器被形成为它们的纵向轴线基本平行的情况相比，本发明的下游旋风器组件8占据更小的体积。尽管这种紧凑配置是期望的，但是在先前被认为实际上不容易实现，因为以下几个复杂问题：
-传统地，下游旋风器的整个配置被模制为一个塑料件。但是，本发明的旋风器配置包括多个旋风器，其定位为靠近在一起，取向为不同轴线且汇聚在不同点，其难于使用通常的工业塑料模制工艺制造为单件。为了解决制造这种复杂部件的困难，每个下游旋风器9a、9b都为简单的截头圆锥形构件，且这种旋风器的每个组14、15都被制造为单件。旋风器组14、15被设计为在组装时容易经拼缝连在一起，如下面所述。
-传统地，下游旋风器的入口包括模制在旋风器的较大的开口的顶部上的管。用于整个下游旋风器组件的出口，或涡流探测器，被制造为单件，其形式为安装在入口管上方的帽。但是，这种配置占据相对较大的体积，使得旋风器组件不太紧凑。本发明的帽18--其每个都包括入口、流动通道、出口和挡板-位于下游旋风器9a、9b的每个的内部且因此不增加旋风器组件的整体体积。而且，该配置自动地提供入口和出口和它们相应的旋风器之间良好的对准和可靠密封。
本发明还允许下游旋风器组件以直接的和由此有效益的方式组装。包括下游旋风器9a的第一组14的工件被容易地插入由下游旋风器9b的第二组15形成的圆。第一组14的下游旋风器9a的外部表面上的翼片32形式的定位装置帮助第一组旋风器14定位到相对于第二组15的预定位置和取向。帽18被插入下游旋风器9a、9b的较大的开口11a、11b，这可在第一和第二组14、15在一起之前或之后进行。帽18被设置为使得，18a类型的帽与18b类型的帽交替，18a类型的帽具有螺旋地顺时针方向延伸的内部通道20，18b类型的帽具有螺旋地逆时针方向延伸的内部通道。通过以这样的方式布置旋风器，在装置中尖锐角落(sharp corner)的数量被保持到最小。已知绒毛和灰尘可聚集在角落和气流路径中的急剧转向的其它区域。帽18a可具有与帽18b不同的颜色，以使得组装线操作者能立即把具有顺时针方向通道的帽从具有逆时针方向通道的帽辨认出。密封件29然后被放置在下游旋风器组件8的顶部上，随后是罩28。密封件29和凸缘28中的孔被制造为与下游旋风器9a、9b的出口21对准。旋风器盖体27和手柄31通过适当的固定件被连接到下游旋风器组件8。
下游旋风器组件8被插入上游旋风器2中。下游旋风器的第二组15的支撑环17抵靠着护罩7的上边缘定位。支撑环17形成与护罩7的密封表面且减少了这些部件之间的气流的泄露。护罩7的另一端部抵靠着下游收集器25安装，该下游收集器25又邻接上游旋风器的基座4。
图6示出了在筒式家用真空吸尘器33中使用的组装的旋风分离装置1。真空吸尘器33具有主体34，该主体容置马达和风扇单元(未示出)，且一对轮子35连接到该主体。轮子35允许真空吸尘器33的主体34跨地板表面操纵。本发明的旋风分离装置1被可释放地连接到主体34。软管36被连接到主体34上的进入口37。软管36的另一端可被连接到棒38，该棒的末端适于接收地板工具39。在使用过程中，当使用者在房间内到处走动时，吸尘器33的主体34被软管36沿地板表面拉动。当使用者打开真空吸尘器33的开关时，马达被通电且驱动风扇，以把脏空气通过地板工具39吸入。携带来自地板表面的脏物和灰尘的脏空气被抽吸穿过棒形软管36和棒38且经由进入口37进入旋风分离装置1。脏物和灰尘通过旋风分离装置1被从气流分离且保持在收集器6和25中。清洁的空气然后从旋风分离装置1通过马达前过滤器(未示出)、穿过马达和风扇单元以进行冷却，且在从真空吸尘器33被排出前通过马达后过滤器(未示出)。
通过使用本发明，可实现紧凑的旋风器配置，以使得设备可整体制造为比迄今所能做到的占据更小的体积。可设置其它组的下游旋风器，其为串联或并联，并设置为具有与第一和第二组不同的倾斜角度。成组的下游旋风器中不是所有的旋风器都需要相对于作为整体的旋风分离器的纵向轴线倾斜相同的角度。类似地，成组的下游旋风器中不是所有的旋风器都需要具有相同的内部尺寸。
设备不一定是筒式真空吸尘器。本发明可适用于其它类型的真空吸尘器，例如筒式机器、杖式真空吸尘器或手持吸尘器。而且，本发明可适用于其它类型的清洁设备，例如，湿式和干式机器或地毯清洗机，一般的表面处理设备，例如抛光/上蜡机、压力清洗机、地面标记机和割草机。
Claims (21)
1.一种旋风分离装置，该装置具有纵向轴线且包括上游旋风分离器和下游旋风器组件，该下游旋风器组件包括多个旋风器，该多个旋风器彼此并联地设置为第一组和第二组，第一组旋风器中的至少一些具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第一角度的纵向轴线，第二组旋风器中的至少一些具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第二角度的纵向轴线，该第二角度大于该第一角度，其中下游旋风器组件的至少一些旋风器具有位于相应旋风器中的帽，该帽包括：通向旋风器的入口，用于旋风器的出口，和至少一个平面挡板，该挡板设置为从出口的内部表面径向地向内突出。
2.如权利要求1所述的旋风分离装置，其中所述入口被设置为定位在相应旋风器中的槽中。
3.如权利要求1或2所述的旋风分离装置，其中所述帽还包括与入口流体相通的螺旋通道。
4.如权利要求3所述的旋风分离装置，其中所述螺旋通道还与内部定位有所述帽的旋风器的内部流体相通。
5.如权利要求3所述的旋风分离装置，其中螺旋通道沿顺时针方向延伸。
6.如权利要求4所述的旋风分离装置，其中螺旋通道沿顺时针方向延伸。
7.如权利要求1所述的旋风分离装置，其中下游旋风器组件的至少一些旋风器具有位于一平面内的开口，该平面相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜一角度。
8.如权利要求7所述的旋风分离装置，其中所述第二组的所有旋风器具有位于一平面内的开口，该平面相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜一角度。
9.如权利要求1所述的旋风分离装置，还包括定位装置，该定位装置设置为把所述第一组和第二组中之一相对于另一组定位在预定位置和/或方位中。
10.一种旋风分离装置，该装置具有纵向轴线且包括上游旋风分离器和下游旋风器组件，该下游旋风器组件包括多个旋风器，该多个旋风器彼此并联地设置为第一组和第二组，第一组旋风器中的至少一些具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第一角度的纵向轴线，第二组旋风器中的至少一些具有相对于旋风分离装置的纵向轴线倾斜第二角度的纵向轴线，该第二角度大于该第一角度，其中第二组的旋风器至少部分环绕第一组的旋风器定位。
11.一种制造旋风分离装置的方法，该装置具有纵向轴线和下游旋风器组件，该下游旋风器组件包括多个旋风器，该多个旋风器彼此并联地设置，该方法包括：制造第一部件，该第一部件包括第一组旋风器，该第一组旋风器中的至少一些具有相对于组装后的旋风分离装置的纵向轴线倾斜第一角度的纵向轴线；和制造第二部件，该第二部件包括第二组旋风器，该第二组旋风器中的至少一些具有相对于组装后的旋风分离装置的纵向轴线倾斜第二角度的纵向轴线，该第二角度大于该第一角度。
12.如权利要求11所述的制造方法，还包括通过使用定位装置把所述第一组和第二组组装的步骤，该定位装置设置为把第一部件相对于第二部件定位在预定位置和/或方位中。
13.如权利要求11或12所述的制造方法，还包括制造多个帽的步骤，该帽的每个都设置为安装在相应旋风器的内部，每个帽都包括通向该旋风器的入口。
14.如权利要求13所述的制造方法，其中每个入口被设置为定位在相应旋风器中的槽中。
15.如权利要求13所述的制造方法，其中所述帽中的至少一些是第一类型的，其包括沿第一旋转方向从入口延伸的螺旋通道。
16.如权利要求15所述的制造方法，其中所述帽中的其余那些是第二类型的，其包括沿相反旋转方向从入口延伸的螺旋通道。
17.如权利要求13所述的制造方法，其中所述帽中的至少一些还包括用于旋风器的出口。
18.如权利要求13所述的制造方法，其中所述帽中的至少一些还包括至少一个平面挡板，该挡板设置为从出口的内部表面径向地向内突出。
19.如权利要求13所述的制造方法，还包括组装下游旋风器组件和上游旋风分离器的步骤。
20.一种清洁设备，并入有如权利要求1所述的旋风分离装置。
21.一种清洁设备，并入有通过权利要求13所述的方法制造的旋风分离装置。
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