JP2016083005A - サイクロン分離装置及び電気掃除機 - Google Patents

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浩志郎 ▲高▼野
浩志郎 ▲高▼野
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藤原 奨
Susumu Fujiwara
奨 藤原
前田 剛志
Tsuyoshi Maeda
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Abstract

【課題】旋回室及び集塵室でごみを遠心分離させる際に発生する騒音を低減することのできるサイクロン分離装置及び電気掃除機を提供する。
【解決手段】含塵空気からごみを分離する旋回室20と、旋回室20に形成された0次開口部21と連通し、旋回室20で分離されたごみを捕集する0次集塵室22と、を備える遠心分離装置5において、0次集塵室22の内部における0次開口部21よりも旋回軸方向の上流側となる領域に消音部30aを設ける。
【選択図】図11

Description

本発明は、サイクロン分離装置、及びサイクロン分離装置を備えた電気掃除機に関するものである。
従来、例えば特許文献1及び2には、電気掃除機の騒音を低減するための技術が開示されている。特許文献1の電気掃除機では、サイクロン集塵機と電動送風機との間に空気風路を備えている。そして、空気風路は、比較的高速の空気が流れる高速領域と、当該高速領域を取り囲み、比較的低速の空気が流れる低速領域とが形成されるように構成されている。このような構成によれば、高速領域で生じる音が低速領域で減衰される。
また、特許文献2の電気掃除機では、集塵部から電動送風機へ向かって空気が流れる空気通路に、壁面に複数の開口部が形成された連通部が設けられている。連通部の外側は空間部に連通している。このような構成によれば、電動送風機から発生した風切り音は、連通部に形成した複数の開口を通過し、空間部の空気が共鳴することによって減衰される。
特開2010−99183号公報 特開2012−55499号公報
しかしながら、サイクロン分離装置を備えた電気掃除機では、電動送風機の騒音だけでなく、高速流でごみを遠心分離させる旋回室及び集塵室からの騒音も問題となる。上述した従来の技術では、サイクロン分離装置内で発生する騒音に対しては対処することができない。特に、旋回室及び集塵室の内部には塵埃空気が流入する。このため、旋回室及び集塵室の内部に消音構造を設ける場合には、ごみの付着による消音性能の低下及びメンテナンス性についての対処が求められる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、旋回室及び集塵室でごみを遠心分離させる際に発生する騒音を低減することのできるサイクロン分離装置及び電気掃除機を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係るサイクロン分離装置は、流入口から流入した含塵空気を円筒又は円錐の側面に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室と、旋回室に形成された開口部と連通し、旋回室で分離されたごみを捕集する集塵室と、を備え、集塵室の内部には、開口部よりも旋回室の旋回軸方向の上流側となる領域に第一消音部が設けられてなるものである。
この発明によれば、第一消音部は、旋回室から集塵室へ遠心分離されるごみが付着し難い位置に設けられている。このため、本発明によれば、ごみを遠心分離させる際に発生する騒音を低減するとともに、第一消音部にごみが付着して消音性能が低下することを抑制することが可能となる。
本発明の実施の形態1における電気掃除機の全体斜視図である。 図1に示す掃除機本体の平面図である。 図2に示す掃除機本体を断面A−Aで切断した断面図である。 本発明の実施の形態1における遠心分離装置の側面図である。 本発明の実施の形態1における遠心分離装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態1における電気掃除機の遠心分離装置を示す平面図である。 図6に示す遠心分離装置のC−C断面図である。 図6に示す遠心分離装置のD−D断面図である。 図7に示す遠心分離装置のE−E断面図である。 図7に示す遠心分離装置のG−G断面図である。 遠心分離装置5の内部構造及び空気の流れを模式的に示す図である。
以下、図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。なお、各図中において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における電気掃除機の全体斜視図である。また、図2は、図1に示す掃除機本体の平面図である。さらに、図3は、図2に示す掃除機本体を断面A−Aで切断した断面図である。図1に示すように、本実施の形態1の電気掃除機1は、掃除機本体(以下、単に「本体」とも称する)2を備えている。本体2は、その両側に車輪3が設けられている。本体2の内部には、電源コード4を巻き回すためのコードリール部(図示せず)が設けられている。本体2の上部には、サイクロン分離装置としての遠心分離装置5が着脱自在に取り付けられる。
本体2の前部には、ホース接続口6が設けられている。ホース接続口6には、サクションホース7の一端が着脱自在に接続される。サクションホース7は、可撓性を有するように蛇腹状に形成されている。サクションホース7の他端には、接続パイプ8の一端が接続される。接続パイプ8は、その中途で若干折れ曲がるように形成されている。接続パイプ8には、取っ手9が設けられている。取っ手9には、操作スイッチ10が設けられている。接続パイプ8の他端には、吸引パイプ11の一端が接続される。吸引パイプ11は、真直ぐの円筒状に形成されている。吸引パイプ11の他端には、吸込口体12の長手方向中央が接続される。
遠心分離装置5は、本体2の上部に配置された状態において、後述するユニット側流出口19が本体2に設けられた本体側流入口14へと接続される。本体側流入口14は、排気風路17を介して電動送風機15の吸込側と連通している。電動送風機15は、排気風路17を介して遠心分離装置5内の空気を吸引することにより遠心分離装置5内に気流を発生させる。
また、遠心分離装置5は、本体2の上部に配置された状態において、後述するユニット側流入口18が本体2に設けられた本体側流出口13(図示せず)へと接続される。本体側流出口13は、吸入風路16を介してホース接続口6に連通している。電動送風機15が駆動されると、ホース接続口6から吸入風路16を介して遠心分離装置5に空気が吸入される。
次に、図4及び図5を参照して、遠心分離装置5の構造について詳細に説明する。図4は、実施の形態1における遠心分離装置の側面図である。また、図5は、実施の形態1における遠心分離装置の分解斜視図である。なお、以下の遠心分離装置5に関する説明においては、図4に示す向きを基準に上下を特定する。
図4及び図5に示すように、遠心分離装置5は、全体として略楕円状に形成されている。遠心分離装置5は、排出部ケース5a、バイパス部ケース5b、流入部ケース5c、及び集塵部ケース5dから構成されている。排出部ケース5a、バイパス部ケース5b、流入部ケース5c及び集塵部ケース5dは、例えばロック機構に対する操作等により、図5に示す状態に分解したり、図4に示す状態に組み立てたりすることができるように構成されている。また、図4に示す状態から、集塵部ケース5dのみを取り外すこともできる。
図4に示すように、遠心分離装置5の流入部ケース5cの一側には、ユニット側流入口18が形成されている。また、ユニット側流入口18よりも上方では、遠心分離装置5の排出部ケース5aの中央に、ユニット側流出口19が形成されている。ユニット側流入口18とユニット側流出口19とは略同一方向に開口している。
次に、図6から図9を参照して、流入部ケース5cの詳細な構造を説明する。図6は、この発明の実施の形態1における電気掃除機の遠心分離装置を示す平面図である。また、図7は、図6に示す遠心分離装置のC−C断面図である。また、図8は、図6に示す遠心分離装置のD−D断面図である。さらに、図9は、図7に示す遠心分離装置のE−E断面図である。
図7に示すように、流入部ケース5cは旋回室20を備えている。旋回室20は、略一定の曲率となるように形成されている。旋回室20の旋回軸方向の上流側に位置する一端壁(つまり旋回室20の天面)は、バイパス部ケース5bの底面の一部で形成されている。
旋回室20の上部は、円筒部20aにより構成されている。円筒部20aは中空の円筒状を呈し、中心軸が上下方向を向くように配置されている。また、旋回室20の下部は、円錐部20bにより構成されている。円錐部20bは、中心軸が円筒部20aの中心軸と一致するように、上下方向に配置される。円錐部20bは、上端部が円筒部20aの下端部に接続され、下方に向かうに従って径が小さくなるように設けられている。
円筒部20aの側面の一部には、0次開口部21が形成されている。0次開口部21は、ユニット側流入口18よりも下方に形成されている。また、円錐部20bの下端には、下方(中心軸方向)を向いて開口した一次開口部23が形成されている。
円錐部20bの外周側には、円筒部20aの径よりも小さな径の円筒状の隔壁25が下方向に開口して設けられている。流入部ケース5cが集塵部ケース5dの内部空間に上方から挿入されると、隔壁25の下端部が、集塵部ケース5dの底部31に接触する。隔壁25の内側に形成された空間のうち、円錐部20bを除く部分が、一次集塵室24を形成する。一次集塵室24は、一次開口部23を介して旋回室20に通じている。旋回室20において含塵空気から分離されたごみの一部は、一次開口部23を通って一次集塵室24に落下し捕集される。
円筒部20aの側面の一部には1つの主流入口50と5つの副流入口51とが形成されている。主流入口50は、最大の開口面積を有する流入口であって、流入管52を介してユニット側流入口18と連通する。流入管52は、例えば、四角筒状を呈し、円筒部20aの接線方向に配置される。流入管52は、一端が外側を向いて開口し、他端が円筒部20aの内部に開口する。このような構成によれば、吸入風路16を通過してきた含塵空気が、ユニット側流入口18から流入管52を介して円筒部20aの内部(旋回室20)に導かれる風路が形成される。
副流入口51は、主流入口50と同様に、円筒部20aの上部(旋回室20を形成する側壁の最上部)に形成される。例えば、副流入口51は、主流入口50と同じ高さに配置される。副流入口51は、その開口面積が、主流入口41の開口面積よりも小さくなるように形成される。
流入管52の上面の一部には、第一バイパス連通口53aが形成されている。第一バイパス連通口53aは多数の微細孔によって構成され、流入管52から排出部ケース5a内に通じている。バイパス部ケース5bには、第一バイパス連通口53aに対向する位置の底面を開口する第二バイパス連通口53bと、後述する3つの副連通口54に対向する位置の底面を開口する3つの副連通口54が形成されている。また、流入部ケース5cには、副連通口54と副流入口51とを接続する副流入管55が形成される。このような構成によれば、吸入風路16を通過してきた含塵空気の一部が、流入管52から第一バイパス連通口53a、第二バイパス連通口53b、副連通口54、副流入管55、及び副流入口51を介して円筒部20aの内部(旋回室20)に導かれる風路が形成される。
さらに、円筒部20aには、外側に突出するように接続部28が設けられている。接続部28は、全体としてリング状を呈している。
排出口27は、旋回室20内の空気を旋回室20の外に排出するためのものである。排出口27の内部空間は、旋回室20内の空気を遠心分離装置5の外に流出させるための流出風路の一部を形成する。
排出口27は、バイパス部ケース5bの底部の中央部に設けられる。排出口27は、当該底部を貫通して下方に突出している。バイパス部ケース5bが流入部ケース5cに適切に取り付けられると、排出口27は、旋回室20の上壁から、旋回室20の内部に突出するように配置される。
排出口27は、上方の部分が円筒状を呈し、下方に向かうに従って径が小さくなる中空の円錐状を呈する。排出口27は、中心軸が円筒部20aの中心軸と一致するように、上下方向に配置される。また、排出口27には、多数の微細孔が設けられている。この微細孔は、旋回室20内の空気を旋回室20の外に排出するための連通口として機能する。
排出部ケース5aは、遠心分離装置5の最上部に配置されるケース体からなる。排出部ケース5aは排出管26を備えている。排出部ケース5aがバイパス部ケース5bに対して適切に配置されると、排出部ケース5aは、バイパス部ケース5bの上方の空間を上方から塞ぐように配置される。すなわち、後述するバイパス風路56の上壁は排出部ケース5aによって形成される。
排出管26は、排出口27の内部を通過してきた空気の進行方向を切り替えて、遠心分離装置5の外に排出するためのものである。排出管26の内部空間は、流出風路の一部を形成する。排出管26は、一端が下方を向いて開口し、他端が側方を向いて開口するL字状に屈曲された筒状を呈する。排出部ケース5aがバイパス部ケース5bに対して適切に配置されると、排出管26の一端は、排出口27の上端に接続される。また、排出管26の他端側は、軸方向が、旋回室20の中心軸と直交し、且つ流入管52の軸方向に平行に配置される。排出管26の他端は、遠心分離装置5から空気を流出させるためのユニット側流出口19を形成する。ユニット側流出口19は、ユニット側流入口18と略同一方向に開口する。
次に、さらに図10も参照して、集塵部ケース5dの構造について詳細に説明する。図10は、図7に示す遠心分離装置のG−G断面図である。集塵部ケース5dは、底部31、外壁部32を備えている。底部31は、全体として楕円形を呈する。外壁部32は、円筒部20aよりも大きな外形の略楕円筒を呈する。外壁部32は、底部31の縁部から立設される。即ち、外壁部32と底部31とにより、一方(下方)が閉じた略楕円筒状の部材が形成される。外壁部32の上端部は、接続部28の縁部に下方から接触する。これにより、接続部28、底部31及び外壁部32は、それぞれ0次集塵室22の集塵室天面、集塵室底面及び集塵室側壁として機能する。
次に、本発明の実施の形態1の電気掃除機における特徴的構成について説明する。図11は、遠心分離装置5の内部構造及び空気の流れを模式的に示す図である。図11に示すように、0次集塵室22における旋回軸方向上流側の端面(つまり接続部28の0次集塵室22の側)には、第一消音部としての消音部30aが設けられている。消音部30aは、複数の開口部と、当該開口部と連通する空間部とを備えている。そして、当該空間部内には、内部に空気層を多く含んだ消音材が配置されている。このような構成によれば、遠心分離装置5の内部に流れ込む風と構成壁との間に消音部30aの空間部が介在することとなる。
なお、消音部30aは、0次集塵室22の天面部全域に渡って設けられてもよいし、また0次集塵室22の天面部の一部領域でもよい。特に、消音部30aを一部領域に設ける場合には、0次開口部21の近傍の領域に設けることが好適である。また、消音部30aは、0次開口部21よりも上方の領域に設けられるのであれば、その配置は天面に限られず、例えば0次集塵室22の側壁でもよい。
また、排出管26の途中の内壁には、第二消音部としての消音部30bが設けられている。より詳しくは、消音部30bは、排出管26が屈曲している部分の内壁、つまり排出口27の軸方向と対向する排出管26の内壁に設けられている。なお、消音部30bは、上述した消音部30aと同様の消音構造を有している。
さらに、第一バイパス連通口53aと対向する排出部ケース5aの壁面には、第三消音部としての消音部30cが設けられている。なお、消音部30cは、上述した消音部30aと同様の消音構造を有している。
次に、本実施の形態1の電気掃除機1の動作について説明する。まず、電源コード4が外部電源に接続されると、電気掃除機1が通電状態となる。この状態において操作スイッチ10が操作されると、電気掃除機1の運転が制御される。
電動送風機15が駆動されて吸引風が発生すると、床面上のごみを含む含塵空気が吸込口体12から吸い込まれる。当該含塵空気は、吸引パイプ11、接続パイプ8、及びサクションホース7を介して、電気掃除機本体2内に流入する。つまり、吸込口体12、吸引パイプ11、接続パイプ8、及びサクションホース7は、含塵空気を電気掃除機本体2の外部から内部に流入させるための吸引経路の一部として機能する。
電気掃除機本体2内に流入した含塵空気は、吸入風路16を経由して本体側流出口13に到達する。その後、含塵空気は、ユニット側流入口18から遠心分離装置5内へ流入して旋回気流となる。この際、ごみ等が旋回気流から分離される。なお、遠心分離装置5内における集塵動作については、詳細を後述する。
遠心分離装置5内の気流は、ユニット側流出口19に到達した後、本体側流入口14を通過して排気風路17側へ移動する。排気風路17側へ移動した気流は電動送風機15に吸引されて排気側から排出される。排出された気流は、電気掃除機本体2の排気口(図示せず)から外部空間へ排出される。
なお、遠心分離装置5に蓄積したごみは、遠心分離装置5から集塵部ケース5dを取り外すことで、容易に捨てることができる。
次に、遠心分離装置5内における集塵動作について詳細に説明する。図8に示すように、ユニット側流入口18から遠心分離装置5内に流入した含塵空気は、流入管52内で経路Aと経路Bとに分岐される。経路Aは、流入管52の延在方向に沿って移動し、主流入口50を介して旋回室20に流入する経路である。経路Bは、バイパス部ケース5bへ流入した後、副連通口54、副流入管55、副流入口51を介して、旋回室20に流入する経路である。すなわち、経路Bは、バイパス風路56からなる。
この際、第一バイパス連通口53aの流路面積(総開口面積)は確保されている。このため、圧損が低減される。その結果、バイパス風路56への気流が確保される。また、第一バイパス連通口53aは微細孔により構成されているので、バイパス風路56へのごみの侵入が抑制される。
経路A及び経路Bを流通した含塵空気は、それぞれ旋回室20の側壁に対して略接線方向に流入する。その結果、当該含塵空気は、旋回室20の内部において旋回気流となる。これにより、当該含塵空気は、旋回中心軸近傍の強制渦領域とその外周側の自由渦領域とを形成する。その後、旋回気流は、経路構造と重力とにより下方に移動する。図11内の旋回気流の経路57は、旋回室20の内部の旋回気流の流れを模式的に示すものである。
大きな繊維ごみ、毛髪等、比較的嵩の大きなごみ(以下、「ごみα」と称する)58は、旋回流による遠心力の作用によって旋回室20の内側壁に押し付けられる。これにより、当該ごみα58は、0次開口部21において旋回気流から分離される。すなわち、当該ごみα58は、0次開口部21を介して0次集塵室22内に移動する。0次集塵室22内に移動したごみα58は、軌跡を急激に変えることなく、0次集塵室22の形状に沿って滑らかに下方に移動し、0次集塵室22の下部に堆積する。
これに対し、砂ごみ又は細かな繊維ごみ等の比較的嵩の小さなごみ(以下、「ごみβ」と称する)59は、旋回流による遠心力の作用が小さいため、0次開口部21から0次集塵室22内へ移動することなく、旋回室20を下降する旋回気流に乗って旋回室20の下方に移動する。その後、ごみβ59は一次開口部23を通過して一次集塵室24内に捕捉される。
ごみα58とごみβ59とが除去された旋回気流は、旋回室20の下方で反転し、旋回室20の中心軸に沿って上昇する。その後、当該気流は排出口27を通過した後、排出管26を経由してユニット側流出口19に到達する。図11内の経路Cは、旋回室20の中心軸に沿って上昇する気流の経路を模式的に示すものである。
遠心分離装置5内に気流が発生すると、それに伴い騒音が発生する。特に、0次開口部21では、剥離渦等により発生する流体騒音が0次集塵室22内の空間で発生する共鳴音により増幅されて大きな騒音となる。本実施の形態1の電気掃除機1によれば、0次集塵室22内部の0次開口部21よりも上方且つ0次開口部21の近傍となる領域に消音部30aが設けられているため、騒音発生源の近傍で有効に騒音を低減させることができる。
また、消音部30aは0次開口部21よりも上方に配置されている。0次開口部21から0次集塵室22へ流れたごみは、重力または旋回慣性力により下方へ落下するため、消音部30へごみが付着することを有効に抑制することができる。これにより、消音部30aへのごみの付着による消音性能の低下を抑制することができるとともに、メンテナンス性を向上させることができる。
また、本実施の形態1の電気掃除機1によれば、排出管26が屈曲している部分の内壁に消音部30bが設けられている。このため、排出口27を通過する際に発生する乱流音をその近傍において効果的に低減させることが可能となる。これにより、電動送風機15で発生する電動送風機15の騒音も含めて、本体2の上方から放射されて使用者の耳に向かう遠心分離装置5内での共鳴音を効果的に抑制することができる。
さらに、本実施の形態1の電気掃除機1によれば、第一バイパス連通口53aと対向する排出部ケース5aの壁面に消音部30cが設けられている。これにより、バイパス連通口53を通過する際に発生する乱流音をその近傍で効果的に低減することが可能となる。これにより、電動送風機15で発生する電動送風機15の騒音も含めて、本体2の上方から放射されて使用者の耳に向かう遠心分離装置5内での共鳴音を効果的に抑制することができる。
ところで、本実施の形態1の電気掃除機1では、旋回室20の外側に0次集塵室22を形成し、旋回室20の下部に隔壁25を隔てて一次集塵室24を形成する構成を例として示した。しかしながら、遠心分離装置5の構成はこれに限られず、旋回室と同一空間に集塵室が形成された遠心分離装置でもよい。このような構成においても、集塵室の天面部に消音部を配置することにより、高速旋回する際に発生する流体騒音が旋回室と集塵室との同一空間の共鳴周波数により増幅される成分又は、旋回流が壁面へ衝突して発生する衝突音又は摩擦音などの成分についても効果的に低減する効果を得ることができる。
以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、運転時の騒音を低減できるので、家庭用電気掃除機又は業務用電気掃除機等の用途にも適用することができる。
1 電気掃除機、2 電気掃除機本体(本体)、3 車輪、4 電源コード、5 遠心分離装置、5a 排出部ケース、5b バイパス部ケース、5c 流入部ケース、5d 集塵部ケース、6 ホース接続口、7 サクションホース、8 接続パイプ、9 取っ手、10 操作スイッチ、11 吸引パイプ、12 吸込口体、13 本体側流出口、14 本体側流入口、15 電動送風機、16 吸入風路、17 排気風路、18 ユニット側流入口、19 ユニット側流出口、20 旋回室、20a 円筒部、20b 円錐部、21 0次開口部、22 0次集塵室、23 一次開口部、24 一次集塵室、25 隔壁、26 排出管、27 排出口、28 接続部、30 消音部、30a 消音部、30b 消音部、30c 消音部、31 底部、32 外壁部、50 主流入口、51 副流入口、52 流入管、53 バイパス連通口、53a 第一バイパス連通口、53b 第二バイパス連通口、54 副連通口、55 副流入管、56 バイパス風路、57 旋回気流の経路、58 ごみα、59 ごみβ

Claims (7)

  1. 流入口から流入した含塵空気を円筒又は円錐の側面に沿って旋回させ、含塵空気からご
    みを分離する旋回室と、
    前記旋回室に形成された開口部と連通し、前記旋回室で分離されたごみを捕集する集塵室と、を備え、
    前記集塵室の内部には、前記開口部よりも前記旋回室の旋回軸方向の上流側となる領域に第一消音部が設けられてなるサイクロン分離装置。
  2. 前記集塵室は、前記旋回室の周囲を覆う集塵室側壁と、前記旋回軸方向の下流側を塞ぐ集塵室底面と、前記旋回軸方向の上流側を塞ぐ集塵室天面と、により構成され、
    前記第一消音部は、前記集塵室天面に設けられてなる請求項1に記載のサイクロン分離装置。
  3. 前記開口部は、前記旋回室における前記旋回軸方向の下流端に形成された一次開口部を含む請求項1又は請求項2に記載のサイクロン分離装置。
  4. 前記開口部は、前記旋回室の前記側面の一部を開口して形成された0次開口部を含む請求項1から請求項3の何れか1項に記載のサイクロン分離装置。
  5. 前記旋回室内の空気を排出する排出口と連通された排出管と、
    前記排出管が屈曲する部分の内壁に設けられた第二消音部と、
    を備える請求項1から請求項4の何れか1項に記載のサイクロン分離装置。
  6. 前記流入口は、主流入口と、前記主流入口よりも開口面積の小さい副流入口と、からなり、
    前記主流入口に接続された流入管と、
    前記流入管の途中に設けられた連通口と、前記副流入口との間を連通させるバイパス風路と、を備え、
    前記バイパス風路における前記連通口に対向する内壁の一部には、第三消音部が設けられてなる請求項1から請求項5の何れか1項に記載のサイクロン分離装置。
  7. 請求項1から請求項6の何れか1項に記載のサイクロン分離装置と、
    前記サイクロン分離装置の内部に気流を発生させるための送風機と、を備えた電気掃除機。
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