JP2022510036A - サイクロン分離器のための渦ファインダ - Google Patents

Abstract

サイクロン分離器のための渦ファインダFであって、該渦ファインダは、円形の凸状前端を持つ複数の固定羽根Ｖを有し、該凸状前端のまわりを、流入する空気Ａが渦ファインダＦへとガイドされ、空気が渦ファインダＦの内部の羽根Ｖから分離するところで、羽根Ｖの断面は、１つのみの鋭い端Ｅを持つ。好適には、羽根Ｖの断面の二等分線Ｍは、該断面の上流側半分において翼弦線Ｃと交差しない。好適には、流入する空気Ａに面する羽根Ｖの側面は、淀み点Ｓにおいて突出部Ｐを備える。突出部Ｐは、流入する空気Ａを渦ファインダＦにガイドするような形状とされても良く、隣接する羽根Ｖの形状に追従する凹状面、及び丸い頂部を持っても良い。好適には、突出部Ｐは、羽根Ｖ間の間隙幅の７０％乃至１３０％の範囲内の、より好適には、８５％乃至１１５％の範囲内の高さを持つ。好適には、隣接する羽根Ｖ間の間隙幅は、渦ファインダＦの外部から内部に向かって増大する。サイクロン分離器を有する電気掃除機は、好適には斯かる渦ファインダＦを持つ。

Description

本発明は、サイクロン分離器のための渦ファインダ、及び斯かる渦ファインダを有する真空掃除機に関する。

バッグレス電気掃除機では、空気から埃粒子を分離するためにサイクロンを使用している。サイクロンは、空気の流れが速く回転する円筒形の室で構成されている。円形空気流によって発生する遠心力は、集塵室内に落下するところからサイクロン室の壁に向かって塵粒子を放出する。清浄化された空気は、サイクロンの中心を通って逆方向に流れ、渦ファインダ（vortex finder）を経由してサイクロンの出口に排出される。渦ファインダの機能は、安定した回転流を確保して分離性能を向上させることである。渦ファインダは、通常、吹出口に向かって空気を導く複数の羽根（vane）を持つ。

米国特許出願公開ＵＳ２０１２１６７３３６は、分離室と吹出口との間に流体的に配置された排気グリルを備える分離モジュールを備えた掃除機を開示している。排気グリルは、複数のルーバと、隣接するルーバ間に画定される複数の注入口とを有する身体を備えることができる。ルーバのうちの少なくとも１つは、埃を複数の入口のうちの少なくとも１つから偏向させるように構成された翼形部を備える。ルーバの先行端は、空隙から埃粒子を偏向させるように構成された翼端を有することができる。一実施例においては、翼端は、上流面に形成された湾曲したガイド面によって形成される。ガイド面は、上流面の最も外側の部分に配置することができる。ガイド面は、後端に向かう上流面の曲率半径と比較して、先端に向かってより小さな曲率半径を有することができる。ガイド面は、先端に近い方の遷移点の側面上の第１接線の傾きが、後端に近い方の遷移点の側面上の第２接線の傾きよりも小さい点を規定する遷移点を含み、その結果、翼端の上流面上に凹状の三日月形が生じる。

国際特許出願公開ＷＯ２０１５１５０４３５は、サイクロン室の軸を中心として螺旋状の経路を流れる空気が出口まで通過するサイクロン分離器のための渦ファインダを開示している。渦ファインダは、軸方向に延在し、軸の周りに半径方向に間隔を置いて配置された複数の静止した重なり合う羽根を備え、前記羽根は、前記サイクロン室の軸の周りの空気の螺旋状の流れが前記羽根の外面を通過し、空気の流れの一部が各羽根の前縁の周りに方向変更され、隣接する羽根の間の隙間を前記出口まで通過するように、互いに対して位置決めされる。前記軸線に沿った任意の点において、各羽根の外側の一部は、その軸線と同軸を有する円上に位置し、前記各羽根の外側は、前記円から離れて内側に延在する先行端に向かう部分を有し、それにより、前記羽根の間の空隙を通って空気が方向付けられた各羽根の先行端が、前記空隙の近傍で隣接する羽根の外側上に過圧の領域を作り出すように、前記円によって結合された領域内に位置するようにされる。

本発明の目的は、とりわけ、改良された渦ファインダを提供することにある。本発明は、独立請求項によって定義される。有利な実施例は、従属請求項に規定されている。

本発明の一態様は、サイクロン式分離器のための渦ファインダを提供し、該渦ファインダは、流入する空気が渦ファインダ内に導かれる丸い凸状の前端部を有する複数の固定羽根を備え、該渦ファインダは、空気が渦ファインダ内の羽根から分離するところで、羽根の断面は１つの鋭い端部のみを有する。好適には、羽根の断面の二等分線（mean line）は、断面の上流半分で翼弦線を横断しない。好適には、流入空気に面する羽根の側面には、淀み点に突出部が設けられる。突出部は、流入空気を渦流ファインダ内に導くように成形されても良く、隣接する羽根の形状に従う凹面側と、丸い頂部とを有しても良い。好適には、突出部は、羽根間の間隙幅の７０％乃至１３０％の範囲、より好適には８５％乃至１１５％の範囲の高さを有する。別の好適な実施例では、隣接する羽根間の間隙幅は、渦ファインダの外部から内部に向かって徐々に増大する。サイクロン分離器を備える電気掃除機は、好適には、斯かる渦ファインダを有する。

渦ファインダの従来技術の羽根は、羽根から分離する空気流に比較的大きな乱流をもたらす。乱流全般はエネルギーを消費する流れ挙動である。本発明の実施例は、容易な製造特性を維持しながら、流れの乱れを大幅に低減する新しい渦ファインダ羽根の幾何を提供する。本発明の実施例では、渦流ファインダの羽根は、液滴又は翼形の形状を有する。該羽根は、流れが形状から分離する１つの鋭い縁部のみを有する。

大部分において、本発明の実施例は、参照により本明細書に組み込まれる国際特許出願公開ＷＯ２０１５１５０４３５の実施例と同様である。大きな違いは、渦ファインダの羽根の形状によってもたらされ、ここで本発明の実施例は、羽根の液滴形状断面を有する羽根、即ち、前部に丸い表面を有し、液滴の後端には、１つの鋭い縁部のみを有する羽根を有する。

米国特許出願公開ＵＳ２０１２１６７３３６では、羽根の形状は、渦流ファインダの複数の空気注入口のうちの少なくとも１つから埃を偏向させるように構成される。そのために、これらの従来技術の羽根は、羽根先端部の上流表面に凹状の三日月形状を有する。該従来技術の形状の明らかな欠点は、埃だけでなく、空気が渦ファインダの空気入口から離れて偏向されることであり、一方、空気は最終的にそれらの入口に入るはずである。従って、渦ファインダの空気入口に入るように空気をターンさせるためには多くの吸引エネルギーが必要であり、斯かる吸引エネルギー損失は、掃除機に課せられるエネルギー消費要件がますます厳しくなっていることを考慮すると、特に問題となる。本発明の実施例では、丸い凸状の前端から生じる羽根の液滴状の形状は、空気が渦流ファインダから離れて間違った方向に向かうことがないようにするが、空気が渦流ファインダの羽根間の空隙に直接かつ円滑に入り込むことができるようにする。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例から明らかになり、それを参照して説明される。

本発明による渦ファインダの第１の実施例の断面図を示す。 本発明による渦ファインダの第１の実施例の断面図を示す。 本発明による渦ファインダの第１の実施例の断面図を示す。 空気流をより詳細に示す。 突出部を備える、本発明による渦ファインダの更なる実施例を示す。 突出部を備える、本発明による渦ファインダの更なる実施例を示す。 突出部を備える、本発明による渦ファインダの更なる実施例を示す。 突出部を備える、本発明による渦ファインダの更なる実施例を示す。 突出部を備える、本発明による渦ファインダの更なる実施例を示す。 突出部を備える、本発明による渦ファインダの更なる実施例を示す。

図１は、本発明による渦ファインダＦの第１の実施例の断面図を示す。渦ファインダＦは、複数の羽根Ｖを有し、流入する空気流Ａが渦ファインダＦの周囲を循環する。

図２は、図１の羽根の断面をより詳細に示す。図２の理想化された表現では、空気Ａは、ファン（図示せず）によって運動された吸引の結果として、渦ファインダＦ内に羽根間に入る。慣性の結果、埃粒子Ｄは渦ファインダＡに入らず、サイクロンの外殻に向かって直線を辿るか、又は後続の羽根Ｖによって跳ね返される。このようにして、埃Ｄは空気Ａから分離される。空気Ａが羽根Ｖから分離する羽根Ｖの後方端では、羽根は１つの鋭い端Ｅのみを有する。羽根の翼形部形状の断面では、鋭い端とは、断面の下流半分において、翼形部の上面及び下面が９０°未満の角度で交差することを意味する。実際には、製造上の制約は、わずかな丸みを生じることがあるが、羽根の断面の下流側半分において、その下流側半分において翼の上下面に近似する直線が、９０°未満の角度で交差することを依然として保持する。

図３は、羽根Ｖの１つに描かれた二等分線Ｍと翼弦線Ｃを示しており、翼型に関するWikipediaの項目で用いられている定義に沿って、翼型の幾何学的形状が様々な用語で記述されている。
－先行端は、最大曲率（最小半径）を有する翼型の前面の点である。
－後方端は、翼型後部の最大曲率点として同様に定義される。
－翼弦線Ｃは、前縁と後縁を結ぶ直線である。弦の長さ、又は単に弦の長さは、翼弦線の長さである。
－平均キャンバ線又は二等分線Ｍは、翼型の上面と下面との間の中間点の軌跡である。その形状は弦に沿った厚み分布に依存する。

図示の実施例では、二等分線Ｍは、翼弦線Ｃを横切らないＣ字形状を有する。少なくとも、二等分線Ｍは、翼Ｖの上流半分において翼弦線Ｃを横切らないことを保持する。対照的に、米国特許出願公開ＵＳ２０１２１６７３３６の従来技術では、二等分線は、Ｓ字形状を有し、翼の上流半分において少なくとも１回翼弦線を横切る。従来技術の翼形部先端の上流面に凹状の三日月形状があるため、渦ファインダに空気がスムーズに入り込むことがなく、圧力損失が高くなる。

本発明による羽根の形状の結果として、空気Ａは渦ファインダＦにスムーズに入り、それによって圧力損失を最小限に抑えられるので、吸引エネルギーが最も効率的に使用される。また、この正の効果は、それらの後方端において、羽根が１つの鋭い端を有するだけであるという特徴から生じ、その結果、鈍い後方端から生じる乱流が回避される。斯かる乱流は、望ましくない圧力損失にも寄与する。

有利には、渦ファインダは、円筒形の形に成形され、その結果、成形によって羽根の所望の形状を容易に製造することができる。

図４は、空気の流れをより詳細に示す図である。図２の理想化された表現では、殆どの空気流は、真空掃除機（図示せず）のモータ－ファン集合体による吸引の結果として渦ファインダＦ内に入ることが示唆されたが、実際には、幾分かの空気流は羽根Ｖ内に隆起し、別の部分は羽根Ｖの周りに入る。空気が羽根Ｖにぶつかると、埃がたまる。空気が羽根Ｖにぶつかる場所は淀み点Ｓと呼ばれ、通常、流体の局所速度がゼロである流れ場の点として定義される（Wikipedia等を参照）。流れ場内の物体の表面には、流体が物体によって静止させられる淀み点が存在する。

本発明の好適な実施例によれば、流入空気Ａに対向する羽根Ｖの側面に淀み点Ｓに突出部Ｐを設け、淀み点Ｓで羽根Ｖに埃が蓄積するのを防止する。これにより、分離性能や圧力損失に影響を与えることなく、汚染を大幅に低減することができる。

突出部Ｐは、ここでは、空気が渦ファインダＦの内側で羽根Ｖから分離する１つの鋭い縁部Ｅのみを有する羽根Ｖの文脈で説明されるが、空気が渦ファインダの羽根に衝突する淀み点での埃の蓄積の問題、及び羽根の側面に突出部を設ける解決策は、斯かる羽根に限定されず、本出願人は、埃の蓄積が起こるのを防止するために、異なる羽根（例えば米国特許出願公開ＵＳ２０１２１６７３３６又は国際特許出願公開ＷＯ２０１５１５０４３５に記載されたもの）に突出部を設けるものを別途保護する権利を留保することに留意されたい（本出願人による欧州特許出願ＥＰ２０１５０９６９．２、整理番号２０１９ＰＦ００９０５を参照）。

突出部Ｐが淀み点Ｓにできるだけ近い位置に配置されていることが重要である。国際特許出願公開ＷＯ２０１５１５０４３５の図１２ｂは、羽根４１から一部を切り出すことに起因する外側後端縁４５を示している。しかしながら、この解決策は、淀み点が位置する後端面４２において中空部分の内側に埃が蓄積するのを防止するのに役立たない。従って、この従来技術の解決策では、淀み点では、淀み点での埃の蓄積を防止する突出部はなく、埃を集める中空形状がある。
図。

図５Ａ及び５Ｂは、突出部Ｐを設けて埃が溜まらないようにした羽根Ｖの第１の実施例を示す図である。ここで、突出部Ｐの両側は凹面である。

図６Ａ及び６Ｂは、埃が溜まるのを防止するための突出部Ｐを設けた羽根Ｖの第２の実施例を示す。ここで、渦流ファインダＦに対向する突出部Ｐの側面は凹面であり、渦流ファインダＦの外側に対向する突出部Ｐの側面は凸状である。

図５Ａ乃至図６Ｂの凹形状は、突出部Ｐが、流入空気Ａを比較的スムーズに渦流ファインダＦ内に導くように形作られていることを確実にする役割を果たす。

突出部Ｐは、丸みを帯びた頂部を有することが好ましく、このことは、鋭い頂部よりも製造公差に関してより許容される。しかしながら、鋭い頂部が可能である。

実際的な実施例では、羽根は、約１．７５ｍｍの間隙幅を有する間隙によって分離され、異なる間隙幅を有すると、以下で論じる他の寸法のサイズは、それに応じてスケーリングされる必要がある。

図５Ａ及び図５Ｂの実施例において、突出部Ｐが淀み点Ｓにできるだけ近い位置に配置されるという設計目標は、突出部Ｐが好適には淀み点Ｓから１ｍｍ未満しかずれないことを意味する。突出部Ｐの丸い頂部の直径は、好適には０．２５ｍｍ乃至０．３５ｍｍの範囲、例えば約０．３ｍｍである。図１乃至４に示すような羽根の基本形状に比べて、突出部Ｐの高さは好適には、約１ｍｍなど、０．７５ｍｍ乃至１．２５ｍｍの範囲である。突出部Ｐのフットプリントは、好適には、２．５ｍｍ乃至３．５ｍｍの範囲、例えば約３ｍｍである。

図６Ａ及び図６Ｂの実施例では、突出部Ｐの凹面側は、隣接する羽根Ｖの間の間隙幅がほぼ一定となるような形状、即ち、これらの凹面側が隣接する羽根Ｖの形状に追従するような形状であることが好ましい。図１乃至４に示すような羽根の基本形状と比較して、突出部Ｐの高さは、好適には１．２５mm (間隙幅の７０％の１．７５ｍｍ）から２．２５mm (１．７５ｍｍの１３０％）の範囲、より好適には１．５mm (１．７５ｍｍの８５％）から２．０mm (１．７５ｍｍの１１５％）の範囲、例えば約１．７５ｍｍであり、最も好適には、突出部Ｐは淀み点Ｓに位置する。突出部Ｐの凹面は、羽根の基本形状から突出部Ｐの頂部に向かう連続曲線が存在するような形状であることが好ましい。突出部Ｐの丸みを帯びた頂部の直径は、好適には０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの範囲、例えば約０．２ｍｍである。

図７Ａ及び図７Ｂの実施例では、突出部Ｐは、隣接する羽根Ｖ間の間隙幅が、外側から渦ファインダＦの内側に向かって増加するような形状であり、間隙幅の増加は、徐々に漸進的／又は連続的であることが好ましい。その結果、間隙はディフューザ状の形状を得る。ディフューザは、例えば「Idel'chik-Handbook of hydraulic resistance」 (１９６０）から知られている。間隙幅増加（ここでは隣接する羽根Ｖの湾曲形状間）は、好適には５°と３０°との間の角度で配置された平板間の間隙幅増加と同程度であり、より好適には１２°程度である。一例では、間隙は、０．９ｍｍの初期幅Ｗ_ｉを有し、突出部Ｐを越えて、１．７５ｍｍの端部幅Ｗ_ｅを有する。突出部Ｐは、丸みを帯びた頂部、２．３ｍｍの高さ、及び７ｍｍのフットプリントＦＰを有する。

上述の実施例は、本発明を限定するのではなく例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施例を設計することができることに留意されたい。請求項において、括弧の間に付された参照記号は、請求の範囲を限定するものと解釈してはならない。単語「有する（comprising）」は、請求項に列挙されたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではなく、要素に先行する単語「１つの（a又はan）」は、複数の斯かる要素の存在を排除するものではない。羽根Ｖが淀み点Ｓに突出部Ｐを有するという請求された特徴は、突出部Ｐが正確に淀み点Ｓになければならないことを意味するのではなく、単に突出部Ｐが淀み点Ｓの近くに配置されることを意味する。相互に異なる従属請求項に記載された手段を組み合わせて有利に使用することができる。

Claims (10)

1. サイクロン分離器のための渦ファインダであって、前記渦ファインダは、
   円形の凸状前端を持つ複数の固定羽根を有し、前記凸状前端のまわりを、流入する空気が前記渦ファインダへとガイドされ、空気が前記渦ファインダの内部の前記羽根から分離するところで、前記羽根の断面は、１つのみの鋭い端を持つ、渦ファインダ。
2. 前記羽根の断面は、前記断面の上流側半分において翼弦線と交差しない、請求項１に記載の渦ファインダ。
3. 前記流入する空気に面する前記羽根の側面は、淀み点において突出部を備えた、請求項１又は２に記載の渦ファインダ。
4. 前記突出部は、前記流入する空気を前記渦ファインダにガイドするような形状とされた、請求項３に記載の渦ファインダ。
5. 前記突出部は、隣接する羽根の形状に追従する凹状面を持つ、請求項３又は４に記載の渦ファインダ。
6. 前記突出部は丸い頂部を持つ、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の渦ファインダ。
7. 前記突出部は、前記羽根間の間隙幅の７０％乃至１３０％の範囲内の高さを持つ、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の渦ファインダ。
8. 前記突出部は、前記羽根間の間隙幅の８５％乃至１１５％の範囲内の高さを持つ、請求項７に記載の渦ファインダ。
9. 隣接する前記羽根間の間隙幅は、前記渦ファインダの外部から内部に向かって増大する、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の渦ファインダ。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の渦ファインダを持つサイクロン分離器を有する、電気掃除機。

Images