CN105358029A - 真空吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空吸尘器(10)，所述真空吸尘器(10)包括：本体(20)，所述本体(20)限定有入气口(22)、出气口(24)和在两者之间延伸的通道(26)；静电粉尘过滤器(30)，所述静电粉尘过滤器(30)用于在空气穿过所述通道(26)时从所述空气移除粉尘；和气泵(40)，所述气泵(40)用于将空气抽吸至所述入气口(22)中并通过所述通道(26)至所述出气口(24)；其中所述静电粉尘过滤器(30)包括电极构造(32)，所述电极构造(32)配置成通过将空气暴露于超过阈值电压的电压而杀死存在于穿过所述通道(26)的空气中的微生物。

Description

真空吸尘器

技术领域

本发明涉及真空吸尘器，并且具体地但不仅限于家用的真空吸尘器。

发明背景

通常，本领域的真空清洁通过凭借由电动马达供能的旋转风扇或叶轮形成压力差而操作。正压通过分散系统排空至大气，同时负压朝向接近待清洁的地面/物体的杆或管的端部。通过真空吸尘器所产生的空气流穿过粉尘捕集腔室，该粉尘捕集腔室为具有足够小以保留颗粒的孔隙率的多孔袋的形式，或穿过旋流腔室，该旋流腔室凭借作用于涡旋颗粒上的离心作用力而捕获颗粒。气流在以扩散排气的形式到达环境之前，从旋流腔室的顶部(或在多孔袋的情况下经由封闭腔室)持续至出口过滤器。

这些年已做出各种努力以通过下述方式改善性能，例如通过改善叶轮风扇的效率，通过增加叶轮风扇的速度，通过将叶轮细致地工程化为螺旋形多叶片涡轮机的类型，通过使用旋流技术(其中空气指向漩涡以形成对该流的离心分量和以通过逐步减小涡流直径而使速率增加)。

现有机器中的粉尘提取主要为真空或负压性能的作用。该性能继而主要地依赖于叶轮设计和效率。通常的情况是，叶轮效率将低于50％。然而，一些新近的涡轮机型叶轮据称高达70％的效率。总系统性能通过下述因素进一步减小，诸如穿过杆系统的损耗，和相对于如何将气流从环境约束至刷头的真空进入区域的刷头设计。

利用袋式过滤器，小孔隙率将捕集大多数颗粒，但是太小的孔隙率导致横贯该袋的流约束和大压降。因此，存在需要允许小颗粒通过过滤器系统的折衷办法。旋流系统通过涡旋作用于颗粒上的离心力从而导致它们被抛至容器壁，来捕获主要粉尘颗粒。容器的气流被过滤通过辅助系统，该辅助系统也必须具有允许空气通过的孔隙率并因此必须具有颗粒的通路。因此，过滤技术没有理想的或接近完美的，并且在袋和旋流系统中，所限定的排放气流包含粉尘和/或微生物的颗粒，这些颗粒对过滤器系统而言太小而不能捕获。

这些问题也与排空集尘器的简易性相关联。袋必须移除、拆封并翻倒入垃圾箱中。通常，袋为不可重复使用的，并且整个袋在充满时被丢弃。在旋流系统中，排空通常具有可移除容器，该可移除容器被简单地翻倒直至丢弃内容物(至少理论上如此)。在实践中，容器通常由塑性材料构成或涂布有塑性材料，该塑性材料由于粉尘颗粒与容器内表面的移动和必然摩擦而变成带静电的。该摩擦电效应引起颗粒附着至容器的表面，并因而变得难以排空。

最终，在绝缘表面上以高速率移动空气的过程导致电荷累积和排出空气的基本正电离。特别地，这是高速率旋流型系统的问题，其中摩擦电效应通过颗粒速率和摩擦被放大。电动马达引起磁诱导正电离，同时通用马达还具有除电离效应之外的电刷火花和产生火灾危险的问题。正电离已知在最坏情况下具有健康危害，并且在最好的情况下据信会导致思维模糊和更高的致病性。

发明内容

本申请人已经认识到对改善真空吸尘器的需求，该真空吸尘器克服了或至少缓解了现有技术相关的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种真空吸尘器，该真空吸尘器包括：本体，该本体限定了入气口、出气口和在两者之间延伸的通道；静电粉尘过滤器，该静电粉尘过滤器用于在粉尘穿过通道时从空气移除粉尘(例如，用于粉尘收集腔室中的收集)；和气泵，该气泵用于将空气抽吸至入气口中并通过通道至出气口；其中静电粉尘过滤器包括电极构造，该电极构造配置成通过将空气暴露于超过阈值电压的电压而杀死存在于穿过通道的空气中的微生物。

以这种方式，提供了一种真空吸尘器，其中有效过滤连同活微生物从排放气流的移除一同实现。

真空吸尘器可为家用真空吸尘器(例如，安装于轮上的可移动装置或手持装置)。

在一个实施例中，阈值电压为至少1000V。

在一个实施例中，阈值电压为至少10000V。

在一个实施例中，阈值电压配置成基本上对穿过通道的空气消毒。

在一个实施例中，通道或位于通道中的部件包括气流接触表面，该气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，该导电基层配置成将电压供应(例如，直接或经由储能装置在后续时间)至电极构造。以这种方式，可利用由在气流接触表面上的空气和粉尘颗粒运动所生成的静电荷，从而增强或协助由电极构造执行的过滤、消毒和电离过程中的至少一种。

在一个实施例中，气泵包括有源元件(例如，风扇的叶片或特斯拉(Tesla)涡轮机的板，如下文所讨论)，该有源元件包括气流接触表面，该气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，该导电基层配置成将电压供应至电极构造。

在一个实施例中，静电粉尘过滤器包括旋流过滤器段，该旋流过滤器段包括旋流气流接触表面，该旋流气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，该导电基层配置成将电压供应至电极构造。

在一个实施例中，真空吸尘器配置成生成通过出气口的电离气流(例如，负电离气流)。以这种方式，排出真空吸尘器的气流可以更利于健康的状态提供。

在一个实施例中，电极构造提供了原动力以驱动机械联接至气泵的静电马达。

在一个实施例中，电极构造配置成提供原动力以直接地驱动气泵。

在一个实施例中，气泵包括特斯拉涡轮机(例如，界面层涡轮机)，该特斯拉涡轮机包括与至少一个转子盘结合的至少一个定子盘，并且电极构造设置于至少一个定子盘上以引起对应转子盘的旋转。

在一个实施例中，气泵包括静电气泵(例如，无运动机件的静电流体加速器)。

根据本发明的第二方面，提供了一种真空吸尘器，该真空吸尘器包括：本体，该本体限定了入气口、出气口和在两者之间延伸的通道；粉尘过滤器，该粉尘过滤器用于在粉尘穿过通道时从空气移除粉尘(例如，用于粉尘收集腔室中的收集)；和气泵，该气泵用于将空气抽吸至入气口中并通过通道至出气口；其中真空吸尘器还包括电极构造，该电极构造操作用于提供原动力以驱动机械联接至气泵的静电马达或用于提供原动力以直接地驱动气泵。

在一个实施例中，气泵包括特斯拉涡轮机，该特斯拉涡轮机包括与至少一个转子盘结合的至少一个定子盘，并且电极构造设置于至少一个定子盘上以引起对应转子盘的旋转。

在一个实施例中，通道或位于通道中的部件包括气流接触表面，该气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，该导电基层配置成将电压供应至电极构造。

在一个实施例中，气泵包括有源元件(例如，风扇的叶片或特斯拉(Tesla)涡轮机的板)，该有源元件包括气流接触表面，该气流接触表面包括设置于导电层上的摩擦电涂层，该导电层配置成将电压供应至电极构造。

在一个实施例中，静电粉尘过滤器包括旋流过滤器段，该旋流过滤器段包括旋流气流接触表面，该旋流气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，该导电基层配置成将电压供应至电极构造。

在一个实施例中，真空吸尘器配置成生成通过出气口的电离气流(例如，负电离气流)。

附图简述

现将参考附图通过举例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1为根据本发明的一个实施例中的真空吸尘器的示意图；

图2为用于图1的真空吸尘器中的静电旋流过滤器的示意图；和

图3为用于图1的真空吸尘器中的气泵的示意图。

具体实施方式

图1示出了真空吸尘器10，真空吸尘器10包括：本体20，本体20限定入气口22、出气口24和在其间延伸的通道26；静电粉尘过滤器30，用于在空气穿过通道26时从空气移除粉尘；和气泵40，气泵40用于将空气抽吸至入气口22中并通过通道26至所述出气口24。尽管入气口22和出气口24在示意图中示出于本体20的相对侧上，但入气口22和出气口24可布置成彼此相邻或优选地在粉尘进入位置布置成同心关系(例如，出气口24环绕真空吸尘器的杆刷头)。

根据本发明，静电粉尘过滤器30具有两个主要功能：1)控制穿过通道26的粉尘颗粒上的静电荷，使得粉尘颗粒可通过静电过滤掉；和2)对穿过通道26空气进行消毒。任选地，真空吸尘器10(凭借静电粉尘过滤器30自身或借助位于静电粉尘过滤器30的下游的另一电荷控制装置)还可配置成，控制经由出气口24排出通道26的空气上的静电荷(例如，以使真空吸尘器能够排放或以其它方式发出有益并通常负电离状态的空气)。

静电粉尘过滤器30包括电极构造32，电极构造32配置成通过将空气暴露于超过至少1000V的阈值电压的电压而杀死存在于穿过真空吸尘器的空气中的微生物(例如，细菌和小虫)和配置成大体上对穿过通道的空气消毒。在一个实施例中，阈值电压为至少10000V。

用于控制空气/粉尘颗粒的电离状态和对空气消毒的设施可以多种方式实施。

在第一实施例中，静电粉尘过滤器30可包括电离腔室，该电离腔室配置成以有源功率输入进行操作并构造成向气流提供最小阻抗，同时该腔室配有供电的电极构造32(例如，两个或更多个板电极)以在气流方向上维持足够长度的电场来确保捕获合适比例粉尘颗粒(例如，在电离腔室为真空吸尘器的唯一或主要粉尘过滤器的情况下，基本上所有颗粒)。这应用于进入空气的粉尘提取以及离开空气的有利电离。

在另一个实施例中，静电粉尘过滤器可包括静电滤网形式的电极构造32，该静电滤网包括连接至脉冲式储能电容器的导电体。滤网的表面可涂布有摩擦电材料，该摩擦电材料处于摩擦电序列(triboelectricseries)的负端并因而随着气流穿过表面而形成负电荷。涂层选择为充分薄的(例如，5nm或更小的厚度)，以使电流的量子隧穿至导电体。这致使气流在离开过滤器时为带正电的并且电子积聚在储能器中。

气泵40可包括用于生成真空的任何装置，包括但不限于真空叶轮、特斯拉涡轮机和静电流体加速器(EFA)。在一个实施例中，电极构造32可提供原动力以驱动机械联接至气泵的静电马达或可甚至配置成提供原动力以直接地驱动气泵(参见下文特斯拉涡轮机实施例的讨论)。

在机械气泵的情况下，气泵40的有源部件(例如，移动叶片)在标度的正端可包括带有薄(例如，5nm或更小厚度)摩擦电层的导电基层，并因而配置成通过将电子递送至移动空气/颗粒的正电荷而形成正电荷。正电荷存储于储能器的相对侧上并且提供对负储存侧的平衡。该储存电荷可用作清洁/净化电离/过滤过程的一部分。

图2示出了与静电粉尘过滤器30结合使用的任选旋流静电粉尘过滤器段50。旋流过滤器段50包括圆柱形腔室52，圆柱形腔室52包括在其上端的进入口54和在其下端的中空中心圆柱形排出管56，该排出管56限定多个排出孔58。

随着主要抵着腔室52(电连接至DC电源的一端)的导电腔室内壁52A的圆形运动，充满粉尘的空气经由进入口54被抽吸，从进入口54空气被导向下端排出孔58。粉尘颗粒被吸附至导电内壁52A，并且这连同离心力一起使得粉尘从气流分离并保留于腔室内壁52A上。同时，空气经由中心排出管56的上端处的出口59排出腔室52。

因为腔室内壁52A有利地具有大表面积以更好地吸附更多的粉尘颗粒，所以该表面可在竖直方向上为波纹形，从而提供局部程度的湍流和额外表面以保留粉尘。

内壁表面的极性可为正的或负的，以适合特定类型的粉尘和在局部环境中占主导的条件的情况。

中心排出管56电连接至与腔室内壁52A相对的DC电源连接。因此，存在有横贯中心排出管56和腔室内壁52A之间的空间的电场。该电场作用于粉尘颗粒上以将它们吸附至腔室内壁52A。

在腔室52基本上充满粉尘颗粒时，其可通过使腔室内壁52A接地或接地连接而非DC供电端子进行排空。这使得累积于粉尘颗粒之中和之上的电荷部分地放电并且该粉尘不具有对腔室内壁52A的吸附力。

腔室52可随后有具有类似功能的第二腔室(未示出)，其中在空气朝向对环境点的出口传送之前，所有剩余的粉尘颗粒被捕获。

在对大气的出口路径上，真空吸尘器10可任选地对气流所承载的净电荷进行平衡，使得在真空吸尘器的出口上总体呈现负电荷状态。

在一个实施例中，导电腔室内壁52A包括导电基材，该导电基材涂布有薄绝缘材料涂层(优选地但非唯一地，陶瓷材料)，选择成具有最大摩擦电特性，并且作为与穿过其表面的粉尘颗粒进行摩擦的结果而易于丢失或接受电子。涂层为非常薄的(例如，不大于5nm的厚度)，以使量子隧穿发生并使电荷迁移至导电基材，并且因而提供了进入合适储存装置(诸如，电容器)中或另选直接地进入某类的负载电路中的电流。

通过举例的方式，如果旋流过滤器段50在基材处(相对于排出管56)以负电压操作，因腔室内壁52A具有正摩擦电特性(即，易于丢失电子)，粉尘颗粒将与腔室内壁52A摩擦接触。随着粉尘颗粒从腔室内壁52A上的涂层的表面提取电子，它们变为带负电的并且表面材料获得正电荷。由于该正电荷聚积，量子隧穿将电子从导电基材迁移至涂层的表面以使电荷中和并使循环继续进行。因此，形成了电子流。与此同时，粉尘首先被吸附至涂层的表面，并且随后，在电子中和之后，允许落入并聚积于腔室52的底部。在这个实例中，空气也为带负电的，并因此在其于排放点处的出口之前具有改善的质量状态。

如对技术人员将显而易见的是，旋流过滤器段50的极性可被反向，使得离开腔室52的空气具有正电荷状态。在这种情况下，离开空气可穿过调节器段，该调节器段移除正电荷并赋予空气负电荷，从而再次改善了总体空气质量。还可布置成进一步捕集/移除任何剩余的粉尘颗粒。然而，在后者情况下，首先通过空气获得正电荷的平衡，并且随后负电荷导致两个区段之间的电荷流的闭合电路。该电荷流因而为从动力气流获取电能的能量提取系统。能量可聚积以用于对过程自身供能，或可提取用于其它目的(例如，对真空吸尘器的另一机件供能)。

静电旋流过滤器段50的其它实施例包括一系列的竖直取向的电极而非连续的导电基材，每个电极连接至控制器的不同相。通过对电极的供能进行定序，可形成旋转电场。旋转场可用于驱动空气流和粉尘颗粒两者，并且还可用于使由电子流生成的摩擦电的收集定序。

任一构造可在形式上组织成锥形，使得旋转流的速率可被优化。

图3示出了用作真空吸尘器10中的气泵40的特斯拉涡轮机叶轮装置60。

特斯拉涡轮机60包括安装于共同轴线上的多个转子盘62和插置在多个转子盘之间的、以运行间隙66隔开的定子盘64。

如在常规特斯拉涡轮机中，空气在轴线处被抽吸，并且在周边(其中包含腔室捕获并引导输出)处被加速和排出。该过程提供了极其安静的操作，因为不存在叶轮叶片。

通过使转子盘62和定子盘64交替地带正电荷和负电荷，所得到静电荷进一步增强拖曳力并因而增强泵送效率，与此同时，提供了空气质量改善和/或粉尘颗粒电离中任何一个优点或同时提供两个优点。然后，粉尘电离/充电可随后用于通过在涡轮机段之后的合适充电板上的收集而过滤掉粉尘。

此外，转子盘62和定子盘64可涂布有薄(例如，小于5nm的厚度)摩擦电涂层以包括摩擦生成的电子流并经由量子隧穿效应收集至一个或多个基材导体。

通过适当地将电极径向地布置于特斯拉涡轮机装置的定子盘上(例如，基于已知静电马达的原理)，可提供一种静电力，该静电力使转子盘62相对于定子盘64旋转。以这种方式，马达也可执行为气泵(例如，叶轮)，因为要求空气移动与简单特斯拉涡轮机叶轮相同。即，马达转子和定子为涡轮机转子62和定子64。

Claims (18)

1.一种真空吸尘器，所述真空吸尘器包括：

本体，所述本体限定有入气口、出气口和在两者之间延伸的通道；

静电粉尘过滤器，所述静电粉尘过滤器用于在空气穿过所述通道时从所述空气移除粉尘；和

气泵，所述气泵用于将空气抽吸至所述入气口中并通过所述通道至所述出气口；

其中所述静电粉尘过滤器包括电极构造，所述电极构造配置成通过将空气暴露于超过阈值电压的电压而杀死存在于穿过所述通道的空气中的微生物。

2.根据权利要求1所述的真空吸尘器，其中所述阈值电压为至少1000V。

3.根据权利要求2所述的真空吸尘器，其中所述阈值电压为至少10000V。

4.根据前述权利要求中任一项所述的真空吸尘器，其中所述阈值电压配置成基本上对通过所述通道的空气消毒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的真空吸尘器，其中所述通道或位于所述通道中的部件包括气流接触表面，所述气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，所述导电基层配置成将电压供应至所述电极构造。

6.根据前述权利要求中任一项所述的真空吸尘器，其中所述气泵包括有源元件，所述有源元件包括气流接触表面，所述气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，所述导电基层配置成将电压供应至所述电极构造。

7.根据前述权利要求中任一项所述的真空吸尘器，其中所述静电粉尘过滤器包括旋流过滤器段，所述旋流过滤器段包括旋流气流接触表面，所述旋流气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，所述导电基层配置成将电压供应至所述电极构造。

8.根据前述权利要求中任一项所述的真空吸尘器，其中所述真空吸尘器配置成生成通过所述出气口的电离气流。

9.根据前述权利要求中任一项所述的真空吸尘器，其中所述电极构造提供了原动力以驱动机械联接至所述气泵的静电马达。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的真空吸尘器，其中所述电极构造配置成提供原动力以直接地驱动所述气泵。

11.根据权利要求10所述的真空吸尘器，其中所述气泵包括特斯拉涡轮机，所述特斯拉涡轮机包括与至少一个转子盘结合的至少一个定子盘，并且所述电极构造设置于所述至少一个定子盘上以导致对应转子盘的旋转。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的真空吸尘器，其中所述气泵包括静电气泵。

13.一种真空吸尘器，所述真空吸尘器包括：

本体，所述本体限定入气口、出气口和在两者之间延伸的通道；

粉尘过滤器，所述粉尘过滤器用于在空气穿过所述通道时从所述空气移除粉尘；和

气泵，所述气泵用于将空气抽吸至所述入气口中并通过所述通道至所述出气口；

其中所述真空吸尘器还包括电极构造，所述电极构造操作用于提供原动力以驱动机械联接至所述气泵的静电马达或用于提供原动力以直接地驱动所述气泵。

14.根据权利要求13所述的真空吸尘器，其中所述气泵包括特斯拉涡轮机，所述特斯拉涡轮机包括与至少一个转子盘结合的至少一个定子盘，并且所述电极构造设置于所述至少一个定子盘上以导致对应转子盘的旋转。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的真空吸尘器，其中所述通道或位于所述通道中的部件包括气流接触表面，所述气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，所述导电基层配置成将电压供应至所述电极构造。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的真空吸尘器，其中所述气泵包括有源元件，所述有源元件包括气流接触表面，所述气流接触表面包括设置于导电层上的摩擦电涂层，所述导电层配置成将电压供应至所述电极构造。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的真空吸尘器，其中所述静电粉尘过滤器包括旋流过滤器段，所述旋流过滤器段包括旋流气流接触表面，所述旋流气流接触表面包括设置于导电基层上的摩擦电涂层，所述导电基层配置成将电压供应至所述电极构造。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的真空吸尘器，其中所述真空吸尘器配置成生成通过所述出气口的电离气流。