DE60201670T2

DE60201670T2 - Trennvorrichtung mit zyklon

Info

Publication number: DE60201670T2
Application number: DE60201670T
Authority: DE
Inventors: Douwinus Remco VUIJK
Original assignee: Dyson Technology Ltd
Current assignee: Dyson Technology Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: US20040112018A1; CA2442218C; ES2229097T3; ATE279875T1; CA2442218A1; DE60201670D1; EP1377196A1; US6989039B2; AU2002241151C1; CN1501785A; GB0109399D0; GB2374305A; WO2002082966A1; MY127279A; JP2004528087A; EP1377196B1; AU2002241151B2; CN1250150C

Description

Die Erfindung betrifft eine Zyklonabscheidevorrichtung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Zyklonabscheidevorrichtung zur Verwendung in Staubsaugern. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer Zyklonabscheidevorrichtung der zuvor erwähnten Art.
Zyklonabscheidevorrichtungen sind gut bekannt und finden Verwendung in einer breiten Vielfalt von Anwendungen. Über das letzte Jahrzehnt in etwa ist die Verwendung von Zyklonabscheidevorrichtungen zum Abscheiden von Teilchen aus einem Luftstrom in einem Staubsauger entwickelt und in den Markt eingeführt worden. Detaillierte Beschreibungen von Zyklonabscheidevorrichtungen zur Verwendung in Staubsaugern werden, unter anderem, in US 3425192 , US 4373228 und EP 0042723 gegeben. Aus diesen und anderen Dokumenten des Stands der Technik ist zu sehen, dass bekannt ist, dass zwei Zykloneinheiten in Reihe angeordnet werden, so dass der Luftstrom nacheinander durch wenigstens zwei Zyklone hindurchgeht. Dies ermöglicht, dass der größere Schmutz und Schutt im ersten Zyklon aus dem Luftstrom abgetrennt wird, was den zweiten Zyklon unter optimalen Bedingungen arbeiten und so auf eine leistungsfähige Weise wirksam sehr feine Teilchen entfernen lässt. Es hat sich gezeigt, dass diese Art von Anordnung wirksam ist, wenn es sich um Luftströme handelt, in denen eine Vielfalt von Stoffen mit einer breiten Teilchengrößenverteilung mitgerissen wird. Dies ist der Fall bei Staubsaugern.
Es ist ebenfalls bekannt, dass Zyklonabscheidevorrichtungen bereitgestellt werden, in denen eine Vielzahl von Zyklonen parallel zueinander angeordnet werden, wie zum Beispiel in US 2874801 . Darüber hinaus ist bekannt, dass eine solche Vielzahl von parallelen Zyklonen stromabwärts von einem einzelnen Zyklon angeordnet werden, wie zum Beispiel in US 3425192 . Die Eintritte zu diesen parallelen Zyklonen erfolgen jedoch allgemein über eine Sammelkammer, mit der die Einlässe zu den parallelen Zyklonen auf eine unmittelbare Weise verbunden sind. Andere Anordnungen von parallelen Zyklonen schließen gleichförmige Röhrenleitungen ein, die von einer Sammelkammer zum Einlass jedes Zyklons führen, siehe zum Beispiel US 3682302 .
Der Durchgang der Luft durch eine Sammelkammer verursacht oft unnötige Druckverluste, weil die verhältnismäßig kleinen Einlässe zu den parallelen Zyklonen plötzliche und ziemlich dramatische Änderungen des Querschnitts der Luftströmungsbahn, längs derer die Luft strömt, mit sich bringen. Daher ist der Gesamtwirkungsgrad der Zyklonabscheidevorrichtung niedriger als notwendig.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zyklonabscheidevorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Zyklonen umfasst, bei der die Luft den Einblässen der parallelen Zyklone mit dem Minimum an Druckabfall zugeführt wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zyklonabscheidevorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Zyklonen umfasst und eine verbesserte Einlassanordnung zu den Zyklonen hat. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zyklonabscheidevorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Zyklonen umfasst, bei der die mit den Einlässen zu den Zyklonen verbundenen Verluste auf ein Minimum verringert werden. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zyklonabscheidevorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Zyklonen umfasst, die einen verbesserten Wirkungsgrad hat.
Die Erfindung stellt eine Zyklonabscheidevorrichtung bereit, die eine Vielzahl von Zyklonen, die jeder einen Einlass haben und parallel zueinander angeordnet werden, und einen stromaufwärts von den Zyklonen angeordneten Durchgang umfasst, um einen Luftstrom zu den Einlässen der Zyklone zu leiten, bei der in dem Durchgang Teilungsmittel bereitgestellt werden, um den Luftstrom innerhalb des Durchgangs in eine Vielzahl von gesonderten Strömungsbahnen zu teilen, wobei die Zahl der Strömungsbahnen der Zahl der Zyklone entspricht, und bei der die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn in der Strömungsrichtung längs derselben abnimmt.
Die Anordnung ermöglicht, dass die Querschnittsfläche der Strömungsbahnen allmählich und auf eine kontrollierte Weise verringert wird, so dass die mit Änderungen der Querschnittsfläche verbundenen Verluste auf ein Minimum verringert werden. Folglich können die zuvor mit der Einlassanordnung zu einer Vielzahl von parallel angeordneten Zyklonen verbundenen Verluste bei einem Minimum gehalten werden, und dies ermöglicht, dass der Gesamtwirkungsgrad der Zyklonabscheidevorrichtung verbessert wird. Plötzliche Änderungen der Querschnittsfläche werden vermieden, was zu einem weniger turbulenten Strom und weniger Verlusten führt.
Es ist vorteilhaft, wenn jede Strömungsbahn zwischen dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, und dem Einlass des entsprechenden Zyklons von den übrigen Strömungsbahnen gesondert bleibt. Dies vermeidet einen turbulenten Luftstrom längs der Strömungsbahnen. Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass die Strömungsbahnen zwischen dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, und dem Einlass des entsprechenden Zyklons die gleiche Länge haben, um Druckunterschiede zwischen den Zyklonen zu vermeiden.
Bei einer bevorzugten Anordnung entspricht die Länge jeder Strömungsbahn wenigstens drei-, vorzugsweise vier- und insbesondere fünfmal dem wirksamen Radius der Strömungsbahn am Einlass zum entsprechenden Zyklon. Dies ermöglicht, dass die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn allmählich längs der Länge derselben verringer wird. Bei einer bevorzugten Anordnung nimmt die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn längs der Länge derselben mit einer wesentlich gleichbleibenden Geschwindigkeit ab.
Es ist vorteilhaft, dass die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn am Einlass zu dem entsprechenden Zyklon nicht mehr als 40%, vorteilhafter 30%, noch vorteilhafter 20%, der Querschnittsfläche der Strömungsbahn an dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, beträgt. Diese Anordnung sichert, dass die Geschwindigkeit des Luftstroms am Einlass zum entsprechenden Zyklon ausreichend hoch ist, um einen guten Abscheidungswirkungsgrad im Zyklon zu sichern.
Vorzugsweise umfassen die Teilungsmittel eine Vielzahl von im Durchgang angeordneten Barriereelementen. Die Verringerung der Querschnittsfläche der Strömungsbahnen wird vorteilhafrerweise dadurch erreicht, dass sich benachbarte Barriereelemente in der Strömungsrichtung längs des Durchgangs nähern. Außerdem schließt jedes Barriereelement am stromabwärts gelegenen Ende desselben oder angrenzend an dasselbe eine Zykloneintrittsröhrenröhrenleitung ein. Diese Merkmale ermöglichen einzeln und in Verbindung, dass die Vorrichtung nach der Erfindung für die Anwendung gefertigt wird.
Die oben beschriebene Vorrichtung wird vorteilhafrerweise in einem Staubsauger, vorzugsweise einem Haushaltstaubsauger, zur Anwendung gebracht. Aus Konstruktionsgründen ist die Zahl von Zyklonen und Strömungsbahnen, die untergebracht werden können, begrenzt, es ist jedoch vorzuziehen, dass die Zahl von Zyklonen und Strömungsbahnen wenigstens fünf insbesondere sieben, beträgt. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass stromaufwärts von den Zyklonen ein stromaufwärts gelegener Zyklon angeordnet wird. Dies ermöglicht, dass der ankommende Luftstrom durch den stromaufwärts gelegenen Zyklon vorgereinigt wird, bevor er in die Zyklone eintritt. Folglich können die Zyklone unter optimalen Bedingungen arbeiten.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Zyklonabscheidevorrichtung bereit, die eine Vielzahl von Zyklonen, die jeder einen Einlass haben und parallel zueinander angeordnet werden, und einen stromaufwärts von den Zyklonen angeordneten Durchgang umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Einleiten eines Stroms von schmutzbeladener Luft in den Durchgang,
(b) Teilen des Stroms von schmutzbeladener Luft in eine Vielzahl von Strömungsbahnen, wobei die Zahl von Strömungsbahnen der Zahl von Zyklonen entspricht, und
(c) Verringern der Querschnittsfläche jedes der Strömungsbahnen in der Strömungsrichtung der schmutzbeladenen Luft.

Das Verfahren ermöglicht, dass die Querschnittsfläche der Strömungsbahnen allmählich und auf eine kontrollierte Weise verringert wird, so dass die mit Änderungen der Querschnittsfläche verbundenen Verluste auf ein Minimum verringert werden, was zu einem gesteigerten Wirkungsgrad der Zyklonabscheidevorrichtung führt.
Es ist vorzuziehen, dass die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn um wenigstens 60%, vorzugsweise wenigstens 70%, insbesondere wenigstens 80%, verringert wird, bevor die schmutzbeladene Luft den Einlass des entsprechenden Zyklons erreicht. Dies sichert, dass die Geschwindigkeit des Luftstroms am Einlass zum entsprechenden Zyklon ausreichend groß ist, um einen guten Abscheidungswirkungsgrad im Zyklon zu sichern. Es ist ebenfalls vorzuziehen, wenn auch nicht wesentlich, dass die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn mit einer wesentlich gleichbleibenden Geschwindigkeit verringert wird, um so einen glatten Luftstrom längs jeder Strömungsbahn zu unterstützen, was zu verringerten Verlusten führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die schmutzbeladene Luft durch einen stromaufwärts gelegenen Zyklon geführt, bevor sie zu dem Durchgang geführt wird. Dies ermöglicht auf Grund der Tatsache, dass der stromaufwärts gelegene Zyklon größeren Schmutz und Schutt aus dem schmutzbeladenen Luftstrom entfernt, bevor er in die Zyklone hindurchgeht, dass die Zyklone unter optimalen Bedingungen arbeiten.
Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1a und 1b eine Vorder- bzw. eine Seitenansicht eines Staubsaugers sind, der eine Zyklonabschneidevorrichtung nach der Erfindung einschließt,
2a und 2b eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht einer Zyklonabschneidevorrichtung sind, die einen Teil des Staubsaugers von 1a und 1b bildet,
3 eine seitliche Schnittansicht der Zyklonabscheidevorrichtung von 2a und 2b, längs der Linie III-III von 2a ist und
4 eine Seitenansicht in einem vergrößerten Maßstab, eines Teils der Zyklonabscheidevorrichtung von 2a, 2b und 3 ist.
1a und 1b zeigen einen Haushaltstaubsauger 10, der eine Zyklonabschneidevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einschließt. Der Staubsauger 10 umfasst einen hochstehenden Körper 12, an dessen unterem Ende ein Motorgehäuse 14 angeordnet wird. Am Motorgehäuse 14 wird auf eine gelenkige Weise ein Saugerkopf 16 angebracht. Im Saugerkopf 16 wird ein Ansaugeinlass 18 bereitgestellt, und am Motorgehäuse 14 werden drehbar Räder 20 angebracht, um zu ermöglichen, dass der Staubsauger 10 über eine zu reinigende Oberfläche manövriert wird.
Oberhalb des Motorgehäuses 14 wird am hochstehenden Körper 12 eine Zyklonabscheidevorrichtung 100 angebracht. Die Zyklonabscheidevorrichtung 100 sitzt auf einer allgemein horizontalen Oberfläche, gebildet durch eine Filterabdeckung 22. Die Filterabdeckung 22 wird oberhalb des Motorgehäuses 14 angeordnet und stellt eine Abdeckung für einen Nachmotorfilter (nicht gezeigt) bereit. Die Zyklonabscheidevorrichtung 100 wird mit Hilfe eines am Oberteil der Zyklonabscheidevorrichtung angeordneten Halters 24 ebenfalls am hochstehenden Körper 12 befestigt. Der hochstehende Körper 12 schließt eine stromaufwärts gelegene Röhrenleitung (nicht gezeigt), um Schmutzluft zu einem Einlass der Zyklonabscheidevorrichtung 100 zu befördern, und eine stromabwärts gelegene Röhrenleitung 26 ein, um gereinigte Luft von der Zyklonabscheidevorrichtung 100 weg zu befördern.
Der hochstehende Körper 12 schließt außerdem eine Schlauch-Handrohr-Baugruppe 28 ein, die in der in den Zeichnungen gezeigten Konfiguration festgehalten werden kann, um so als Griff zum Manövrieren des Staubsaugers 10 über eine zu reinigende Oberfläche zu fungieren. Als Alternative dazu kann die Schlauch-Handrohr-Baugruppe 28 gelöst werden, um zu ermöglichen, dass das distale Ende 28a des Handrohrs zusammen mit einem Fußbodenwerkzeug (nicht gezeigt) verwendet wird, um, z.B. auf Treppen, Polstermöbeln usw., eine Reinigungsfunktion auszuüben. Die Struktur und Funktionsweise der Schlauch-Handrohr-Baugruppe 28 ist nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung und wird hier nicht weiter beschrieben. Die allgemeine Struktur und Funktionsweise der in 1a und 1b illustrierten Schlauch-Handrohr-Baugruppe 28 ist ähnlich der im US-Patent Nummer Re 32 257 beschriebenen. Außerdem werden mehrere Werkzeuge und Zubehörteile 30a, 30b, 30c zu Aufbewahrungszwecken zwischen Nutzungsperioden lösbar am hochstehenden Körper 12 angebracht.
Die genauen Einzelheiten der Merkmale des oben beschriebenen Staubsaugers 10 sind nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung. Die Erfindung betrifft die Einzelheiten der Zyklonabscheidevorrichtung 100, die einen Teil des Staubsaugers 10 bildet. Damit die Zyklonabscheidevorrichtung 100 in Betrieb gesetzt wird, wird der im Motorgehäuse 14 angeordnete Motor aktiviert, so dass entweder über den Ansaugeinlass 18 oder über das distale Ende 28a der Schlauch-Handrohr-Baugruppe 28 Luft in den Staubsauger gezogen wird. Diese Schmutzluft (welche die Luft ist, die in derselben Schmutz und Staub mitreißt) wird über die stromaufwärts gelegene Röhrenleitung in die Zyklonabscheidevorrichtung 100 geführt. Nachdem die Luft durch die Zyklonabscheidevorrichtung 100 hindurchgegangen ist, wird sie über die stromabwärts gelegene Röhrenleitung 26 aus der Zyklonabscheidevorrichtung 100 und den hochstehenden Körper 12 hinab zum Motorgehäuse 14 geleitet. Die gereinigte Luft wird verwendet, um den im Motorgehäuse 14 angeordneten Motor zu kühlen, bevor sie über die Filterabdeckung 22 aus dem Staubsauger 10 ausgestoßen wird.
Dieses Funktionsprinzip des Staubsaugers 10 ist vom Stand der Technik bekannt. Diese Erfindung betrifft die Zyklonabscheidevorrichtung 100, die in 2a, 2b und 3 illustriert wird, abgetrennt vom Staubsauger 10.
Die in 2a, 2b und 3 illustrierte Zyklonabscheidevorrichtung 100 umfasst eine stromaufwärts gelegene Zykloneinheit 101, die aus einem einzelnen stromaufwärts gelegenen Zyklon 102 besteht, und eine stromabwärts gelegene Zykloneinheit 103, die aus einer Vielzahl von stromabwärts gelegenen Zyklonen 104 besteht. Der stromaufwärts gelegene Zyklon 102 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Behälter 106 mit einer geschlossenen Basis 108. Das offene obere Ende 110 des zylindrischen Behälters stößt an ein kreisförmiges oberes Formteil 112 an, das ein oberes Ende des stromaufwärts gelegenen Zyklons 102 definiert. Im zylindrischen Behälter 106 wird eine Einlassöffnung 114 bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass Schmutzluft in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklons 102 eingeleitet wird. Die Einlassöffnung 114 wird so geformt, angeordnet und konfiguriert, dass sie mit der stromaufwärts gelegenen Röhrenleitung in Verbindung steht, welche die schmutzbeladene Luft vom Saugerkopf 16 zur Zyklonabscheidevorrichtung 100 befördert. An dem zylindrischen Behälter 106 bzw. dem oberen Formteil 112 werden ein Griff 116 und eine Verriegelung 118 bereitgestellt, um Mittel zum Lösen des zylindrischen Behälters 106 vom oberen Formteil 112 bereitzustellen, wenn es erforderlich ist, den zylindrischen Behälter 106 zu entleeren. Falls erforderlich, kann zwischen dem zylindrischen Behälter 106 und dem oberen Formteil 112 eine Dichtung (nicht gezeigt) bereitgestellt werden.
Die Basis 108 des zylindrischen Behälters kann schwenkbar mit dem Rest des zylindrischen Behälters verbunden werden, um, falls erforderlich, zu Entleerungszwecken einen weiteren Zugang zum Innern des zylindrischen Behälters 106 bereitzustellen. Die hierin illustrierte Ausführungsform wird einen Mechanismus einschließen, um zu ermöglichen, dass die Basis 108 schwenkbar geöffnet wird, um ein Entleeren zu ermöglichen, aber die Einzelheiten eines solchen Mechanismus' bilden die Aufgabe einer ebenfalls anhängigen Anmeldung und werden aus keinem anderen Grund als der Erläuterung der Zeichnungen beschrieben.
In der stromabwärts gelegenen Zykloneinheit 103 werden sieben identische stromabwärts gelegene Zyklone 104 bereitgestellt. Die stromabwärts gelegenen Zyklone 104 werden in gleichem Abstand um die Mittellängsachse 150 der stromabwärts gelegenen Zykloneinheit 103 angeordnet, die mit der Längsachse der stromaufwärts gelegenen Zykloneinheit 101 zusammenfällt. Die Anordnung wird in 3 illustriert. Jeder stromabwärts angeordnete Zyklon 104 hat eine kegelstumpfförmige Gestalt, wobei das größere Ende desselben zuunterst und das kleinere Ende zuoberst angeordnet wird. Jeder stromabwärts angeordnete Zyklon 104 hat eine Längsachse 148 (siehe 3), die geringfügig zur Längsachse 150 der stromabwärts gelegenen Zykloneinheit 103 hin geneigt ist. Dieses Merkmal wird unten detaillierter beschrieben. Außerdem erstreckt sich der äußerste Punkt des untersten Endes jedes stromabwärts gelegenen Zyklons 104 in Radialrichtung weiter von der Längsachse 150 der stromabwärts gelegenen Zykloneinheit 103 als die Wand des zylindrischen Behälters 106. Die obersten Enden der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 stehen innerhalb eines Sammelformteils 120 vor, dass sich von den Oberflächen der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 nach oben erstreckt. Das Sammelformteil 120 trägt einen Griff 122, mit dessen Hilfe die gesamte Zyklonabscheidevorrichtung 100 transportiert werden kann. Am Griff 122 wird zum Zweck der Befestigung der Zyklonabscheidevorrichtung 100 am hochstehenden Körper 12 am oberen Ende desselben ein Halter 124 bereitgestellt. Im oberen Formteil 112 wird eine Auslassöffnung 126 bereitgestellt, um gereinigte Luft aus der Zyklonabscheidevorrichtung 100 hinauszuleiten. Die Auslassöffnung 126 wird dafür angeordnet und konfiguriert, mit der stromabwärts gelegenen Röhrenleitung 26 zusammenzuwirken, um die gereinigte Luft zum Motorgehäuse 14 zu befördern.
Das Sammelformteil 120 trägt außerdem einen Betätigungshebel 128, ausgelegt zum Aktivieren eines Mechanismus zum Öffnen der Basis 108 des zylindrischen Behälters 106 zu Entleerungszwecken, wie oben erwähnt.
Die inneren Merkmale des stromaufwärts gelegenen Zyklons 102 schließen eine Innenwand 132 ein, die sich über die gesamte Länge desselben erstreckt. Der durch die Innenwand 132 definierte Innenraum steht, wie unten beschrieben wird, in Verbindung mit dem Inneren des Sammelformteils 120. Der Zweck der Innenwand 132 ist, einen Sammelraum 134 für feinen Staub zu definieren. Innerhalb der Innenwand 132 und im Sammelraum 134 werden Bauteile angeordnet, um zu ermöglichen, dass sich die Basis 108 öffnet, wenn der Betätigungshebel 128 betätigt wird. Die genauen Einzelheiten und die Funktionsweise dieser Bauteile sind nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung und werden hier nicht weiter beschrieben.
Außerhalb der Innenwand 132 werden vier mit gleichem Abstand angeordnete Ablenkplatten oder Flossen 136 angebracht, die von der Innenwand 132 in Radialrichtung nach außen zum zylindrischen Behälter 106 hin vorstehen. Diese Ablenkplatten 136 unterstützen das Absetzen von großen Schmutz- und Staubteilchen in dem zwischen der Innenwand 132 und dem zylindrischen Behälter 106 definierten Sammelraum 138 angrenzend an die Basis 108. Die besonderen Merkmale der Ablenkplatten 136 werden detaillierter in WO 00/04816 beschrieben.
Außerhalb der Innenwand 132 wird in einem oberen Abschnitt des stromaufwärts gelegenen Zyklons 102 ein Abdeckblech 140 angeordnet. Das Abdeckblech erstreckt sich von den Ablenkplatten 136 nach oben und definiert zusammen mit der Innenwand 132 einen Luftdurchgang 142. Das Abdeckblech 140 hat einen perforierten Abschnitt 144, der ermöglicht, dass Luft vom Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 102 zum Luftdurchgang 142 hindurchgeht. Der Luftdurchgang 142 steht in Verbindung mit dem Einlass 146 jedes der stromabwärts gelegenen Zyklone 104. Jeder Einlass 146 wird in der Art einer Schnecke angeordnet, so dass die in jeden stromabwärts gelegenen Zyklon 104 eintretende Luft gezwungen wird, innerhalb des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklons 104 einer spiraligen Bahn zu folgen.
Innerhalb des Durchgangs 142 befindet sich eine Vielzahl von Barriereelementen 170. Die Barriereelemente 170 werden zwischen dem oberen Abschnitt des Abdeckblechs 140 und dem oberen Abschnitt der Innenwand 132 angeordnet und werden mit gleichem Abstand um die Achse 150 angeordnet. Insgesamt werden sieben Barriereelemente 170 bereitgestellt. 4 ist eine Seitenansicht des oberen Abschnitts der Innenwand und von vier der sieben Barriereelemente 170, welche die Beziehung der Barriereelemente 170 zueinander und dem oberen Abschnitt der Innenwand 132 zeigt. Der Klarheit wegen ist der obere Abschnitt des Abdeckblechs 140 aus 4 weggelassen worden. Wenn jedoch die Barriereelemente 170 wie beschrieben in der Abscheidevorrichtung 100 angeordnet werden, stoßen die in Radialrichtung äußersten Wände 172 jedes Barriereelements 170 (in 4 schattiert gezeigt) entweder an das Abdeckblech 140 an oder werden einteilig mit demselben hergestellt.
Jedes Barriereelement 170 umfasst eine in Radialrichtung äußerste Wand 172 (wie oben beschrieben) und Seitenwände 174a, 174b, die sich zwischen der in Radialrichtung äußersten Wand 172 und der Oberfläche der Innenwand 132 erstrecken. Die in Radialrichtung äußerste Wand 172 ist allgemein von dreieckiger Form, wobei das sich verjüngende Ende nach unten zeigt. Die Seitenwände 174a, 174b treffen sich, um angrenzend an das sich verjüngende Ende der in Radialrichtung äußersten Wand 172 eine scharfe Kante 176 zu bilden, um so jedem Barriereelement 170 eine allgemein keilförmige Konfiguration zu geben. Die Barriereelemente 170 und ihre Anordnung zwischen dem Abdeckblech 140 und der Innenwand 132 und um die Achse 150 bewirken, dass der stromabwärts gelegene Abschnitt des Durchgangs 142 in sieben Strömungsbahnen 142a geteilt wird. Jede Strömungsbahn 142a befindet sich zwischen einem Paar von benachbarten Barriereelementen 170 und ist in Länge und Konfiguration wesentlich identisch mit den restlichen Strömungsbahnen 142a. Die allgemein keilförmige Konfiguration der Barriereelemente 170 bedeutet, dass die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn 142a in der Richtung weg von der scharfen Kante 176 abnimmit. Die Geschwindigkeit der Abnahme der Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn 142a ist wesentlich gleichbleibend, wenigstens über den Hauptteil der Länge derselben.
Jede Strömungsbahn 142a schließt an ihrem stromabwärts gelegenen Ende eine Zykloneintrittsröhrenleitung 178 ein, die sich über einen Zykloneinlass in den jeweiligen Zyklon 104 öffnet. Der Zykloneinlass ist der am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt in der Röhrenleitung 178, an dem die Röhrenleitung 178 an allen Seiten durch eine feste Wand begrenzt wird. Jenseits des Zykloneinlasses wird der längs der Röhrenleitung 178 hindurchgehende Luftstrom wenigstens zum Teil physikalisch nicht mehr eingeengt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Zykloneinlass allgemein parallel zum obersten Abschnitt der Seitenwand 174a des Barriereelements 170, der die zum jeweiligen Zykloneinlass führende Strömungsbahn 142a definiert. Die Röhrenleitung 178 wird so geformt und konfiguriert, dass sie den längs derselben hindurchgehenden Luftstrom zwingt, auf spiralige Weise in den Zyklon 104 einzutreten, um so eine zyklonische Trennung zu bewirken. Die Röhrenleitung 178 kann derart angeordnet werden, um so einen tangentialen Eintritt in den Zyklon 104 zu bewirken, oder kann, wie oben erwähnt wird, ebenfalls so angeordnet werden, dass sie einen Schneckeneintritt bewirkt.
Der Zykloneinlass muss nicht von kreisförmiger Gestalt sein. In der Tat ist der Zykloneinlass bei der illustrierten Ausführungsform grob U-förmig. Es ist jedoch möglich, dadurch einen wirksamen Radius des Zykloneinlasses zu berechnen, dass die tatsächliche Querschnittsfläche genommen und angenommen wird, dass er in der Tat von kreisförmiger Gestalt ist. Daher kann der wirksame Radius des Zykloneinlasses unter Verwendung der Formel Fläche = π × Radius² berechnet werden. Bei der gezeigten Ausführungsform beträgt die tatsächliche Fläche des Zykloneinlasses 180 mm², was einen wirksamen Radius von 7,57 mm ergibt. Die Länge der Strömungsbahn 142a, gemessen von dem Punkt im Durchgang 142, an dem der Luftstrom zum Zykloneinlass geteilt wird, beträgt wenigstens das Fünffache des wirksamen Radius' des Zykloneinlasses. Es ist vorzuziehen, dass die Länge der Strömungsbahn 142a wenigstens das Siebenfache des wirksamen Radius' des Zykloneinlasses beträgt. Bei der gezeigten Ausführungsform beträgt die Länge der Strömungsbahn 142a ungefähr 68 mm, was ungefähr das Neunfache des wirksamen Radius' des Zykloneinlasses ist.
Die oben beschriebenen relativen Abmessungen ermöglichen, dass die Abnahme der Querschnittsfläche der Strömungsbahn 142a allmählich ist und die Abnahmegeschwindigkeit wesentlich gleichbleibend. Das Ergebnis ist, dass der längs der Strömungsbahn 142a hindurchgehende Luftstrom an Geschwindigkeit zunimmt, ohne während des Vorgangs übermäßig hohe Verluste zu erleiden.
Bei der Ausführungsform beträgt die Querschnittsfläche jeder der Strömungsbahnen 142a, gemessen an dem Punkt im Durchgang 142, an dem der Luftstrom geteilt wird, ungefähr 985 mm². Falls die Querschnittsfläche des Zykloneinlasses 180 mm² beträgt, dann stellt dies eine Verringerung der Querschnittsfläche von ungefähr 80% dar. Bei anderen Ausführungsformen, die hier nicht illustriert werden, kann die Abnahme etwas geringer als 80% sein, wobei 70% und 60% annehmbare Verringerungen der Fläche sind. Daher kann die Querschnittsfläche des Zykloneinlasses zwischen 60% und 80% der Fläche der Strömungsbahn 142a an dem Punkt im Durchgang 142, an dem der Luftstrom geteilt wird, betragen.
Wie zuvor erwähnt, wird die Längsachse 148 jedes stromabwärts gelegenen Zyklons 104 zur Längsachse 150 der stromabwärts gelegenen Zykloneinheit 103 hin geneigt. Das obere Ende jedes stromabwärts gelegenen Zyklons 104 liegt näher an der Längsachse 150 als das untere Ende desselben. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel der betreffenden Achsen 148 wesentlich 7,5°.
Die oberen Enden der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 stehen, wie oben erwähnt, innerhalb des Sammelformteils 120 vor. Das Innere des Sammelformteils 120 definiert eine Kammer 152, mit der die oberen Enden der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 in Verbindung stehen. Das Sammelformteil 120 und die Oberflächen der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 definieren zusammen einen in Axialrichtung verlaufenden, zwischen den stromabwärts gelegenen Zyklonen 104 angeordneten, Durchgang 154, der in Verbindung mit dem durch die Innenwand 132 definierten Sammelraum 134 steht. Folglich ist es möglich, dass Schmutz und Staub, die aus den kleineren Enden der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 austreten, über den Durchgang 154 von der Kammer 152 zum Sammelraum 134 hindurchgehen.
Jeder stromabwärts gelegene Zyklon 104 hat einen Luftaustritt in der Form eines Wirbelsuchers 156. Jeder Wirbelsucher 156 wird mittig vom größeren Ende des jeweiligen stromabwärts angeordneten Zyklons 104 angeordnet, wie es die Norm ist. Bei dieser Ausführungsform wird in jedem Wirbelsucher 156 ein Mittelkörper 158 angeordnet. Jeder Wirbelsucher steht in Verbindung mit einer ringförmigen Kammer 1600, die wiederum in Verbindung mit der Auslassöfnung 126 steht.
Die Funktionsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt. Schmutzluft (die Luft ist, in der Schmutz und Staub mitgerissen werden) tritt über die Einlassöffnung 114 in die Zyklonabscheidevorrichtung 100 ein. Die Anordnung der Einlassöffnung 114 ist wesentlich tangential zur Wand des zylindrischen Behälters 106, was bewirkt, dass die eintretende Luft einer spiraligen Bahn um die Innenseite des zylindrischen Behälters 106 folgt. Größere Schmutz- und Staubteilchen werden, zusammen mit Flusen und anderem großen Schutt, wie gut bekannt ist, auf Grund der Wirkung der auf die Teilchen wirkenden Zentrifugalkräfte im Sammelraum 138 angrenzend an die Basis 108 abgesetzt. Die teilweise gereinigte Luft bewegt sich nach innen und nach oben von der Basis 108 weg und tritt über den perforierten Abschnitt 144 des Abdeckblechs 140 aus dem stromaufwärts gelegenen Zyklon 102 aus und geht in den Luftdurchgang 142 hindurch.
Sobald sie im Durchgang 142 ist, bewegt sich die teilweise gereinigte Luft parallel zur Achse 150 nach oben und wird in sieben Luftstromteile geteilt, wenn sie die scharfen Kanten 176 an den untersten Punkten der Barriereelemente 170 passiert. Jeder einzelne Luftstromteil geht dann längs der jeweiligen Strömungsbahn 142a hindurch. Dabei wird auf Grund der Tatsache, dass die Querschnittsfläche der jeweiligen Strömungsbahn 142a verringert wird, die Querschnittsfläche des Luftstromteils verringert. Die Abnahmegeschwindigkeit wird durch die Form und Konfiguration der Barriereelemente 170 bestimmt, und im Fall der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform ist die Abnahmegeschwindigkeit wesentlich gleichbleibend, wenigstens, während der Luftstromteil längs des Hauptteils der Länge der Strömungsbahn 142a strömt.
In Abhängigkeit von der Form und Konfiguration der Strömungsbahn 142a nimmt der Luftstromteil zwischen den Zeitpunkten, an denen er in die Strömungsbahn 142a und in den Zykloneinlass eintritt, um wenigstens 60% an Querschnittsfläche ab. Bei der gezeigten Ausführungsform beträgt die prozentuale Verringerung der Querschnittsfläche ungefähr 80%. Dies sichert, dass sich der Luftstromteil mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit bewegt, wenn er aus der Strömungsbahn 142a austritt und in den entsprechenden Zyklon 104 eintritt.
Jeder Luftstromteil tritt über den entsprechenden Einlass 146 in einen der stromabwärts gelegenen Zyklone 104 ein. Wie oben erwähnt worden ist, ist jeder Einlass 146 ein Schneckeneinlass, der die eintretende Luft zwingt, einer spiraligen Bahn innerhalb des stromabwärts gelegenen Zyklons 104 zu folgen. Die sich verjüngende Form des stromabwärts gelegenen Zyklons 104 bewirkt, dass innerhalb des stromabwärts gelegenen Zyklons 104 eine weitere, intensive Zyklonabscheidung stattfindet, so dass sehr feine Schmutz- und Staubteilchen aus dem Hauptluftstrom abgeschieden werden. Die Schmutz- und Staubteilchen verlassen das oberste Ende des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklons 104, während die gereinigte Luft längs der Achse 148 desselben zum unteren Ende des stromabwärts gelegenen Zyklons 104 zurückkehrt und über den Wirbelsucher 156 austritt. Die gereinigte Luft geht vom Wirbelsucher 156 in die ringförmige Kammer 160 über und von dort zur Auslassöffnung 126. Währenddessen fallen Schmutz und Staub, die im stromabwärts gelegenen Zyklon 104 aus dem Luftstrom abgeschieden worden sind, durch den Durchgang 154 von der Kammer 152 zum Sammelraum 134.
Wenn gewünscht wird, die Zyklonabscheidevorrichtung 100 zu entleeren, kann die Basis 108 schwenkbar von der Seitenwand des zylindrischen Behälters 106 gelöst werden, so dass ermöglicht werden kann, dass der in den Sammelräumen 134 und 138 gesammelte Schmutz und Schutt in einen geeigneten Behälter fällt. Wie zuvor- erläutert, bildet die detaillierte Funktionsweise des Entleerungsmechanismus keinen Teil der vorliegenden Erfindung und wird hier nicht weiter beschrieben.
Es wird sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die genauen Einzelheiten der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt werden sollte. Es können verschiedene Veränderungen und Variationen vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel beträgt die Zahl der bei der Ausführungsform gezeigten stromabwärts gelegenen Zyklone 104 sieben. Es gibt jedoch keine bestimmte Grenze für die Zahl von stromabwärts gelegenen Zyklonen, die bereitgestellt werden können, oder in der Tat für ihre Anordnung im Verhältnis zueinander oder zum stromaufwärts gelegenen Zyklon. Die stromabwärts gelegenen Zyklone können folglich in Zahl und Anordnung verändert werden. Ebenso ist die genaue Weise, auf die der Luftstrom innerhalb des Durchgangs geteilt wird, nicht entscheidend, obwohl die Verringerung der Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn notwendig ist, um die Ziele der Erfindung zu erreichen. Es ist vorauszusehen, dass die Erfindung Anwendungen auf einem anderen Gebiet als der Staubsaugerindustrie haben kann.

Claims

Zyklonabscheidevorrichtung (100), die eine Vielzahl von Zyklonen (104), die jeder einen Einlass (146) haben und parallel zueinander angeordnet werden, und einen stromaufwärts von den Zyklonen angeordneten Durchgang (142) umfasst, um einen Luftstrom zu den Einlässen (146) der Zyklone (104) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Durchgang (142) Teilungsmittel (170) bereitgestellt werden, um den Luftstrom innerhalb des Durchgangs in eine Vielzahl von gesonderten Strömungsbahnen zu teilen, wobei die Zahl der Strömungsbahnen der Zahl der Zyklone entspricht, und dadurch, dass die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn in der Strömungsrichtung längs derselben abnimmt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede Strömungsbahn zwischen dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, und dem Einlass des entsprechenden Zyklons von den übrigen Strömungsbahnen gesondert bleibt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 2, bei der jede Strömungsbahn zwischen dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, und dem Einlass des entsprechenden Zyklons die gleiche Länge hat wie die übrigen Strömungsbahnen.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Länge jeder Strömungsbahn wenigstens fünfmal dem wirksamen Radius der Strömungsbahn am Einlass des entsprechenden Zyklons entspricht.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Länge jeder Strömungsbahn wenigstens siebenmal dem wirksamen Radius der Strömungsbahn am Einlass des entsprechenden Zyklons entspricht.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Länge jeder Strömungsbahn wenigstens neunmal dem wirksamen Radius der Strömungsbahn am Einlass des entsprechenden Zyklons entspricht.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn längs eines Großteils der Länge derselben mit einer wesentlich gleichbleibenden Geschwindigkeit abnimmt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn am Einlass zu dem entsprechenden Zyklon nicht mehr als 40% der Querschnittsfläche der Strömungsbahn an dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, beträgt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn am Einlass zu dem entsprechenden Zyklon nicht mehr als 30% der Querschnittsfläche der Strömungsbahn an dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, beträgt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Querschnittsfläche jeder Strömungsbahn am Einlass zu dem entsprechenden Zyklon nicht mehr als 20% der Querschnittsfläche der Strömungsbahn an dem Punkt im Durchgang, an dem der Luftstrom geteilt wird, beträgt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Teilungsmittel im Durchgang angeordnete Barriereelemente umfassen.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 11, bei der sich benachbarte Barriereelemente in der Strömungsrichtung längs des Durchgangs nähern.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der jedes Barriereelement am stromabwärts gelegenen Ende desselben oder angrenzend an dasselbe eine Zykloneintrittsröhrenleitung einschließt.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zahl von Zyklonen und Strömungsbahnen größer als fünf ist.
Zyklonabscheidevorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Zahl von Zyklonen und Strömungsbahnen sieben ist.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zyklone in gleichem Winkelabstand um eine Längsachse der Zyklonabscheidevorrichtung angeordnet werden.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der stromaufwärts von den Zyklonen ein stromaufwärts gelegener Zyklon angeordnet wird.
Zyklonabscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und die einen Teil eines Staubsaugers bildet.
Verfahren zum Betreiben einer Zyklonabscheidevorrichtung, die eine Vielzahl von Zyklonen, die jeder einen Einlass haben und parallel zueinander angeordnet werden, und einen stromaufwärts von den Zyklonen angeordneten Durchgang umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Einleiten eines Stroms von schmutzbeladener Luft in den Durchgang, (b) Teilen des Stroms von schmutzbeladener Luft in eine Vielzahl von Luftstromteilen, wobei die Zahl von Luftstromteilen der Zahl von Zyklonen entspricht, und (c) Verringern der Querschnittsfläche jedes der Luftstromteile in der Strömungsrichtung der schmutzbeladenen Luft.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Querschnittsfläche jedes Luftstromteils um wenigstens 60% verringert wird, bevor die schmutzbeladene Luft den Einlass des entsprechenden Zyklons erreicht.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Querschnittsfläche jedes Luftstromteils um wenigstens 70% verringert wird, bevor die schmutzbeladene Luft den Einlass des entsprechenden Zyklons erreicht.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Querschnittsfläche jedes Luftstromteils um wenigstens 80% verringert wird, bevor die schmutzbeladene Luft den Einlass des entsprechenden Zyklons erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem die Querschnittsfläche jedes Luftstromteils mit einer wesentlich gleichbleibenden Geschwindigkeit verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem die schmutzbeladene Luft durch einen stromaufwärts gelegenen Zyklon geführt wird, bevor sie zu dem Durchgang geführt wird.