CN1247311C - 旋风分离装置、具有该装置的吸尘器、以及旋风分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种旋风分离装置和旋风分离方法。所述旋风分离装置包括：一旋风分离体，一进气口，用来沿切向将载有灰尘的空气传入所述旋风分离体中；一中央出气口，用来将清洁空气从所述旋风分离体中排出；和一灰尘收集室，该灰尘收集室带有进入部分和收集部分，所述进入部分垂直于所述旋风分离体与其内部相通，所述旋风分离装置还包括带有第一端和第二端的回气通道，其特征在于，所述回气通道的第一端与所述灰尘收集室的收集部分相通，所述回气通道的第二端与所述旋风分离体的内部相通。本发明能减少已分离的灰尘被重新带走的危险。

Description

旋风分离装置、具有该装置的吸尘器、以及旋风分离方法
技术领域
本发明涉及一种旋风分离装置和将灰尘从带有灰尘的空气中分离出来的方法。特别地但非排他性地，本发明涉及适宜于在真空吸尘器中使用的旋风分离装置。
背景技术
旋风分离装置为大家所熟知。在这种装置中，带有灰尘的空气沿切向引入旋风分离体的内部。空气环绕旋风分离体的内表面沿螺旋形的路径流动，因此有离心力作用在所夹带的灰尘上。在旋风分离体的底部，气流方向转过来平行于旋风分离体的轴线，于是灰尘从主气流中分离出来。分离出来的灰尘收集在旋风分离体的底部，而清洁空气通过位于旋风分离体顶部的中央出气口离开装置。欧洲专利EP0 042 723和美国专利US5,160,356、US5,078,761中公开了用于家用真空吸尘器的这类分离装置的实例。
这种结构设置的一个缺点是，当收集的灰尘数量增多时，收集的灰尘被重新夹带到气流中的可能性也增大。已经做过一些尝试来减轻这个问题，比如设置一个与旋风分离体分开的灰尘收集室，将收集到的灰尘传送并积聚到其中。由伊莱克斯(Electrolux)公司制造的商业名为“旋风动力无袋家用清洁装置(CYCLONE POWERBAGLESS HOME CLEANING SYSTEM)”(型号Z58102T)的圆柱真空吸尘器具有此特点。国际专利申请WO9611047中也公开了一种类似的结构。理论上讲，使收集的灰尘与主气流分开可以防止灰尘被重新带走，这样大量的分离灰尘在需要清空装置之前收集起来。然而，由于灰尘收集室除了进气口之外全部都是封闭的，所以进入灰尘收集室的所有空气不得不沿着迂回路径流动，而且必须通过进气口离开灰尘收集室。这导致灰尘收集室中产生一定程度的气流紊乱，使先前已经分离的灰尘由于回流空气又被带回到主气流中。封闭的灰尘收集室中存在紊流状态的另一个缺点是，已经分离的灰尘被送到灰尘收集室中许多不同的部位上。这使得灰尘收集室的清空更加麻烦，尤其是在希望使用不允许使用者接触到灰尘收集室内部容纳物的装置的情况下。
发明内容
本发明的目的是要提供一种能减少出现已经分离的灰尘被重新带走的危险的旋风分离装置。本发明的另一个目的是要提供一种能提高灰尘收集容量的旋风分离装置。还有一个目的是要提供一种既能减少已经分离的灰尘被重新带走的危险，同时又能提高灰尘收集容量的旋风分离装置。本发明的还有一个目的是要提供一种能容易和方便地清空的旋风分离装置，使用户不必接触收集在灰尘收集室内的灰尘。还有一个目的是要提供一种将灰尘从载有灰尘的空气中分离出来的方法，这种方法能减少已经分离的灰尘被重新带走的可能性。
本发明提供了一种旋风分离装置，包括：一带有纵向轴的旋风分离体，一进气口，用来沿切向将载有灰尘的空气传入所述旋风分离体中；一中央出气口，用来将清洁空气从所述旋风分离体中排出；和一灰尘收集室，所述灰尘收集室带有进入部分和收集部分，所述进入部分沿基本上垂直于所述旋风分离体的所述纵轴的方向与所述旋风分离体的内部相通，所述旋风分离装置还包括带有第一端和第二端的回气通道，其特征在于，所述回气通道的所述第一端与所述灰尘收集室的所述收集部分相通，所述回气通道的所述第二端与所述旋风分离体的内部相通。
本发明还提供了一种将灰尘从含尘空气中分离出来的方法，包括以下步骤：a)沿切向将载有灰尘的空气引入带有一纵向轴的旋风分离体内，通过旋风作用将所述灰尘分离出来；b)沿垂直于所述旋风分离体的所述纵向轴的方向将所述已经分离的灰尘排入与所述旋风分离体分开的灰尘收集室内，并将灰尘收集到所述灰尘收集室的收集部分中；和c)通过从所述灰尘收集室的所述收集部分延伸到所述旋风分离体内部的回气通道将进入所述灰尘收集室的空气再次引入所述旋风分离体内。
通过设置一个与灰尘收集室的收集部分及旋风分离体内部相通的回气通道可以提供一个独立的出口通道，进入灰尘收集室的空气能够通过该通道返回旋风分离体内。这具有很多优点。首先，灰尘收集室中的气流紊乱较少，因此可以减小灰尘被重新带走的可能性。其次，由于几乎没有空气通过进入部分再返回到旋风分离体中的主气流内，所以对主气流的干扰较小。第三，通过使少量的空气流经灰尘收集室，可以促使被分离的灰尘和纤维收集在收集部分中限定的区域内，因此能够容易地清空被分离的灰尘和纤维，而不必使用户接触所收集的灰尘。
在回气通道的第二端在连通位置最好沿与旋风分离体中的气流方向倾斜一个锐角的方向进入旋风分离体内部。其优点是，在工作时，经过回气通道第二端的主气流能够利用文丘里效应将空气从灰尘收集室吸入旋风分离体内。这有助于使通过灰尘收集室的气流路径平滑。
附图说明
现在将参考附图来介绍发明的作为示例的一个实施方案，其中：
图1是根据本发明的旋风分离装置的透视图；
图2是图1中装置的侧视图；和
图3是沿图2中III-III剖面的剖视图。
具体实施方式
附图中示出了根据本发明的旋风分离装置10。装置10特别适合于装在旋风式真空除尘设备中。旋风分离装置10包括旋风分离体12和灰尘收集室14。旋风分离体12通常是圆柱形的。旋风分离体12带有沿切向与旋风分离体12内部相通的带尘空气入口16。旋风分离体12还带有位于旋风分离体12顶端中心并与之同轴的出气口18。进气口16和出气口18的直径基本上是相同的。多孔管罩20封接在旋风分离体12的顶端并从那里悬垂到旋风分离体12的内部。管罩20与旋风分离体12以及出气口18是同轴的，且其末端20a是封闭的。管罩20带有许多从中穿过的孔22，使得通过进气口16进入旋风分离体12的空气能够通过出气口18离开。管罩20的功能和用途是可以防止绒毛和细小纤维穿过旋风分离体12经出气口18离开，如上述美国专利US5,078,761中的现有技术所介绍的。
旋风分离体12的底端，即远离进气口16和出气口18的端部，与灰尘收集室14相通。灰尘收集室14沿侧向朝远离旋风分离体12的方向延伸，当从上面看时，其形状大体上是U形的(见图3)。
灰尘收集室14带有沿切向离开旋风分离体12并通向收集部分32的进入部分30。进入部分30带有与直线部分30b相通的入口部分30a，其中直线部分30b通向U形部分30c。沿流经进入部分30的方向看，每一部分30a、30b、30c的横断面大体上都是矩形的。不过，进入部分30的外侧壁34，至少外侧壁34的内面，是平滑的曲面，因此不会产生急弯或突然的方向变化。
收集部分32包括一圆柱形腔32a，远离入口部分30a的U形部分30c通入该圆柱形腔32a中。圆柱形腔32a的侧壁36在点38处与旋风分离体12的侧壁相交而形成气密密封的接点。在交点38和U形部分30c之间延伸并对着直线部分30b的一部分侧壁36上带有若干从中穿过的圆孔40。如图1中所示，圆孔40排列成水平的行，每一行上的圆孔相对于邻行的圆孔是偏置的。
圆孔40与回气通道42相通，其中回气通道42是由收集部分32的部分侧壁36、进入部分30的部分侧壁34、旋风分离体12的部分侧壁、以及上下壁44、46构成的。回气通道42的出气口由穿过旋风分离体12侧壁的孔48构成，因此回气通道42与旋风分离体12的内部相通。孔48位于旋风分离体12的侧壁上，因此沿进入的带尘空气流动方向看(箭头A)，孔48在灰尘收集室14的入口部分30a的下游通到旋风分离体12内部。入口部分30a的下游边缘和孔48的上游边缘之间的圆周间隔的角α保持较小，因此可以减少对旋风分离体12中主旋风气流循环的干扰作用。圆周间隔的角α最好大约为15度，但可以为40度。
而且，在孔48通到旋风分离体内部的位置，孔48与旋风分离体12中主气流的流动方向A倾斜成一个锐角β。图中所示的锐角β大约为30度，但可以在20度至50度之间变化。孔48的倾斜度可以减少通过回气通道42再次进入旋风分离体12内部的空气在进入时对主气流的干扰作用。同时希望回气通道42内的空气能够通过文丘里效应被主气流吸入到旋风分离体12中。
灰尘收集室14的收集部分32带有将收集到的灰尘除去的机构。在圆柱形腔32a的下面悬垂有圆柱形的管道50，其直径与圆柱形腔32a的直径近似。圆柱形腔32a的底板52可以滑动或可以转动的(用任何巳知的方式)，使其能够从构成圆柱形腔32a和圆柱形管道50之间隔离板的位置(在图2中用实线表示)移开。在移开位置(图2中用虚线表示)时，圆柱形腔32a与圆柱形管道50的内部直接连通。圆柱形管道50的底端50a是开口的。
圆柱形腔32a的上端与第二个圆柱形管道54相通。第二圆柱形管道54与圆柱形腔32a以及圆柱形管道50是同轴的。而且，第二圆柱形管道54的直径与圆柱形腔32a的直径基本上相同。活塞56可滑动地安装在第二圆柱形管道54中。动作件58固定在活塞56的顶面上。第二圆柱形管道54、圆柱形腔32a、圆柱形管道50和活塞56的结构和尺寸设置成可使活塞56从全部位于第二圆柱形管道54中的位置移动到全部位于圆柱形管道50中的位置。在这两个位置之间移动时，活塞56将穿过圆柱形腔32a。如果需要，可以使活塞56移动到圆柱形管道50内位于或接近圆柱形管道50的底端50a的位置。
上述装置是按照以下的方式工作的。使带有灰尘的空气沿带尘空气入口16进入装置10中。接着带尘空气沿切向进入旋风分离体12中，当从进气口16方向看时，带尘空气环绕旋风分离体12的内表面从其顶端沿着大体上是螺旋形的路径流向底端。当气流方向倒转过来开始从旋风分离体12的底端向其顶端流动时，灰尘从主气流中分离出来。主气流穿过管罩20中的孔眼22后经出气口18离开。
从旋风分离体12底端的主气流中分离出来的灰尘颗粒继续在旋风分离体12底端附近的环形路径中运动。部分灰尘颗粒由于惯性、部分由于主气流的少量流出(最好小于10％，但可以达到20％)而进入到灰尘收集室14中进入部分30的入口部分30a。灰尘颗粒由通过进入部分30的流入空气沿进入部分30的直线部分30b和U形部分30c传送。灰尘颗粒继续沿进入部分30行进直至到达灰尘收集室14的收集部分32。由于圆柱形腔32a的尺寸略微大于进入部分30的尺寸，所以会产生一定的惯性分离而使灰尘颗粒沉积在圆柱形腔32a中。
通过进入部分30到达收集部分32中的流入空气接着穿过侧壁36中的圆孔40进入回气通道42内。空气从圆孔40中通过也促使灰尘颗粒进一步从流入空气中分离出来，此时所有较大的灰尘颗粒被留在圆柱形腔32a中。同时，经过回气通道42的流入空气通过孔48再次进入旋风分离体12中。如上所述，孔48的纵向与旋风分离体12中的流动方向A之间的倾斜促使流入空气以对旋风分离体12中循环流动的主气流干扰作用最小的方式回到旋风分离体12内。因为角β足够大，可以使经过孔48开口处的主气流能够借助文丘里效应将流入空气从回气通道42中吸入旋风分离体12的内部。
旋风分离体12侧壁中的孔48最好靠近进入部分30的入口部分30a。其优点在于，如果因少量的流入空气进入灰尘收集室14并回到旋风分离体12内而形成对主气流的干扰作用，那么可以将产生这种破坏作用的位置限制在旋风分离体12圆周上较小的部分。
为了清空已经满了的收集部分32的圆柱形腔32a，应先关掉装置10。接着将一容器60放在圆柱形管道50的底端50a下面。然后以任何适当的方式将圆柱形腔32a的底板52移动到图2中虚线所示的开启位置。接着将活塞56从图1所示的位置向下移动，使活塞56经过圆柱形腔32a。于是收集在圆柱形腔32a中的灰尘被除去，并掉入或被推入圆柱形管道50中。未粘附在圆柱形管道50侧壁上的灰尘将落入容器60中。如果需要，可以将活塞56移动到接近圆柱形管道50的底端50a的位置。用这种方法可以使几乎所有收集在圆柱形腔32a中的灰尘进入容器60中。然后可以将活塞56退回到初始位置，使底板52恢复到关闭位置(图2中实线所示)，并可以以任何适当的方式将容器60密封和处理掉。于是装置10又可以重新开始使用。
应当认识到，虽然为了清楚起见，图1和2中未示出活塞56与第二圆柱形管道54的侧壁之间的紧密接触，但活塞56必须与第二圆柱形管道54的侧壁形成良好的密封。活塞56和第二圆柱形管道54之间一定不能有较多的空气进入。否则对于分离装置10的工作是不利的。还应当认识到，本领域的技术人员通过阅读本说明书可以马上明白其它清空圆柱形腔32a的方法。例如，可以通过一次性使用的囊状物来形成灰尘收集室14的收集部分32，这种囊状物可以便捷地固定在远离入口部分30a的进入部分30末端。可以用胶带、卡扣接头或其它任何适当的方法来固定囊状物。作为圆柱形管道50、54和活塞的替代方式，囊状物在满了时只需取下并丢弃掉即可。简而言之，除去收集在圆柱形腔32a中灰尘的方法并不是本发明的实质部分。
在远离旋风分离体12的位置收集旋风分离器中已分离灰尘的优点是众所周知的。本发明布置方式的优点在于，通过使少量气流流入灰尘收集部分32的进入部分30，可以使要输送到收集室14中的已分离灰尘更加可靠地沉积在那里。密闭的收集部分中会产生不可预见的气流紊乱，转而又导致灰尘沉积在灰尘收集部分中不适当的位置上。通过设置使流入空气回到旋风分离体12的出口，可以建立比较平稳和可以预见的气流模式。
本领域的技术人员通过阅读本说明书可以知道其它的变型和方法。例如，旋风分离体12的形状并非必须是圆柱形的，也可以是截头圆锥形的。还可以设想用上述装置来构成旋风分离设备的一部分，这种设备中另外还在出气口18的下游设有一个或多个旋风分离器布置，以进一步清除从图1所示装置10中排出的灰尘。很明显还有用来清空灰尘收集部分32的其它方法，都被认为属于本发明的范围之内。例如，可以将容器60可滑动地封接在圆柱形管道50的底端50a周围而省去底板52，收集在圆柱形腔32a中的灰尘直接落入容器60中。容器60满了时可以将其取下，然后清空并装回或者加以更换。如果需要，还可以将活塞56省去。
上述装置可以由塑胶材料制成。但是，也可以使用其它适合于制造有关部件的适当材料。
为了将上述装置用于旋风型真空吸尘器中，可以将这种装置的带尘空气入口与真空吸尘器的清洁头或管棒组合件相连。装置的出气口连接到马达/风扇单元上，马达/风扇单元可以通过清洁头或管棒组合件将带尘空气吸入装置中。能够将细尘从气流中分离出来的另外一个或多个旋风分离器可以布置在上述装置和马达之间。还可以用一个或多个能够收集非常细微灰尘颗粒的过滤器来保护马达。然而，上述装置也可以用在除真空吸尘器以外的设备中，并且在任何用到旋风分离的情况下都具有广泛的用途。

Claims (26)

1.一种旋风分离装置，包括：一带有纵向轴的旋风分离体，一进气口，用来沿切向将载有灰尘的空气传入所述旋风分离体中；一中央出气口，用来将清洁空气从所述旋风分离体中排出；和一灰尘收集室，所述灰尘收集室带有进入部分和收集部分，所述进入部分沿基本上垂直于所述旋风分离体的所述纵轴的方向与所述旋风分离体的内部相通，所述旋风分离装置还包括带有第一端和第二端的回气通道，其特征在于，所述回气通道的所述第一端与所述灰尘收集室的所述收集部分相通，所述回气通道的所述第二端与所述旋风分离体的内部相通。
2.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，所述回气通道沿切线方向与所述旋风分离体的内部相通。
3.根据权利要求1或2所述的旋风分离装置，其特征在于，所述旋风分离体带有第一端和第二端，所述进气口和所述中央出气口位于或接近所述旋风分离体的所述第一端，而所述灰尘收集室的所述进入部分位于或接近所述旋风分离体的所述第二端。
4.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，通向所述旋风分离体内部的所述回气通道的所述第二端与所述灰尘收集室的所述进入部分沿圆周间隔开。
5.根据权利要求4所述的旋风分离装置，其特征在于，当所述装置使用时，沿进入的含尘空气的旋转方向看，所述回气通道的所述第二端与所述旋风分离体内部相通的位置是在所述灰尘收集室的所述进入部分的下游。
6.根据权利要求4所述的旋风分离装置，其特征在于，通向所述旋风分离体内部的所述回气通道的所述第二端与所述灰尘收集室的所述进入部分之间圆周间隔的角度小于40度。
7.根据权利要求6所述的旋风分离装置，其特征在于，通向所述旋风分离体内部的所述回气通道的所述第二端与所述灰尘收集室的所述进入部分之间圆周间隔的角度大约是15度。
8.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，所述回气通道的所述第一端通过多孔筛板与所述灰尘收集室的所述收集部分相通。
9.根据权利要求8所述的旋风分离装置，其特征在于，所述多孔筛板是在所述灰尘收集室的所述收集部分侧壁上一部分形成。
10.根据权利要求9所述的旋风分离装置，其特征在于，所述收集室侧壁的所述一部分带有在上面形成的多个孔。
11.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，在所述回气通道的所述第二端沿与与所述旋风分离体中的气流在相通位置的方向倾斜一个锐角的方向进入所述旋风分离体内部。
12.根据权利要求11所述的旋风分离装置，其特征在于，所述锐角在20度至50度之间。
13.根据权利要求12所述的旋风分离装置，其特征在于，所述锐角为30度。
14.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，所述灰尘收集室还包括将收集到的灰尘除去的机构。
15.根据权利要求14所述的旋风分离装置，其特征在于，所述将收集到的灰尘从所述灰尘收集室中除去的机构包括一个与所述收集部分相通的能够打开的出口管道和一个活塞，所述活塞可以从备用位置通过所述收集部分移动到所述出口管道中，从而将收集到的灰尘从所述收集部分移动到所述出口管道中。
16.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，所述旋风分离体的里面有一个包围所述中央出气口的多孔管罩。
17.根据权利要求16所述的旋风分离装置，其特征在于，所述管罩是圆柱形的。
18.根据权利要求1所述的旋风分离装置，其特征在于，所述旋风分离体一般是圆柱形的。
19.一种真空吸尘器，装有根据上述权利要求中任何一项所述的旋风分离装置。
20.一种将灰尘从含尘空气中分离出来的方法，包括以下步骤：
a)沿切向将载有灰尘的空气引入带有一纵向轴的旋风分离体内，通过旋风作用将所述灰尘分离出来；
b)沿垂直于所述旋风分离体的所述纵向轴的方向将所述已经分离的灰尘排入与所述旋风分离体分开的灰尘收集室内，并将灰尘收集到所述灰尘收集室的收集部分中；和
c)通过从所述灰尘收集室的所述收集部分延伸到所述旋风分离体内部的回气通道将进入所述灰尘收集室的空气再次引入所述旋风分离体内。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述空气在进入所述回气通道之前要过多孔筛板。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，再次进入所述旋风分离体内部的空气沿与所述旋风分离体中的气流在连通位置的方向倾斜一个锐角的方向进入所述内部。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述锐角在20度至50度之间。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述锐角大约为30度。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，穿过所述尘收集室的所述载有灰尘空气的比例小于20％。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，穿过所述灰尘收集室的所述载有灰尘空气的比例小于10％。
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