JP3832852B2 - ガス流から固形あるいは液体粒子を分離する装置 - Google Patents

Description

本発明は特に請求項１のプリアンブルによる真空清浄装置に関する。
この種の装置はOS（公開明細書）21 53 664から周知である。この公開された明細書には、埃を含んだ空気を送風機により吸気管を経て吸引する真空清浄装置が示されている。送風機の上流部には羽根車が配設され、この羽根車の軸線に向かって吸気管の開口部が配向される。羽根車の上流部には、吸気管を囲む状態で埃収集容器が配設される。この埃収集容器はネジ山状の流路を介し羽根車と連結されている。
この周知な解決法では、ガス流からの粒子分離が依然不十分であることが分かった。
従って、本発明はこの種の装置での問題点である相状態分離法を改善することに関する。
この問題点はクレーム１に示される発明により解決される。従属クレームは好ましい実施例を示している。
周知装置の改良結果としての本発明によれば、吸気管の開口部領域内に空気渦流が生成され、粒子は外側へと移送される。この粒子は更に、埃収集容器内に誘起される二次空気渦流により埃収集容器内へと移送される。この場合重要な点は、固形あるいは液体粒子がガス流から分離されて移送されることにある。このため、羽根車は送風羽根車として形成される。埃収集容器の直線状の開口部が羽根車の方向に貫通して延びているので、粒子は羽根車と衝突され、二次空気渦流により捕獲されてガス流から移送され、この結果粒子は埃収集容器内に蓄積することになる。二次空気渦流の生成を強化するため、埃収集容器の直径と羽根車の直径との比を２より大きな値にすることが好ましい。本発明の一実施態様によれば、羽根車は送風羽根車の上流で流れの方向に沿って配設される。この結果、相状態分離が送風羽根車の上流部で生じるので、送風羽根車に対しては粒子は衝突しない。この構成では、ガス流が羽根車を軸方向に移動することが好ましいことが分かった。粒子は羽根車の羽根面に対し接線方向に衝突して加速され、羽根車の軸線を中心とし実質的に固定の空気渦流内へと移動し、次にその遠心力により羽根車のチャンバの縁部に達し、そこから更に重力によりあるいは誘起された二次空気渦流により粒子は埃収集容器内へと移送される。この羽根車のチャンバは、吸入方向に沿っての形状がじょうご形でありまた端部の形状が円錐形であることが好ましい。羽根車は好ましくは２枚の羽根を有する。好ましい実施態様によれば、この羽根は円錐形ふるい部材の先端領域に配設され、この円錐形は幅がガス流の方向に沿って次第に大きくされている。回転速度は分当たり10,000回転以上である。これにより、羽根からあるいはふるいのバー部材から粒子へ、推進力が効果的に伝達される。
羽根車、ふるい部材および送風羽根車が同じ材料の単一ユニットとして互いに接合されるとき、構造形状をコンパクトにできる。円錐形のふるい部材には、バー部により円周方向で中断される開口部が形成されている。開口部の幅およびバー部の高さは、回転速度およびガス流の最大速度に対し互いに整合され、このためふるい部材の回転中に開口部を通過する粒子が常にバー部と衝突し、ふるい部材の外側へと回転移動される。ふるい部材の円錐形状は、特にこの構成に対し適している。本発明の別の実施態様によれば、埃収集容器領域の吸気管がじょうご形のふるい網スクリーン(screen)により囲設される。このため、埃収集容器の基部領域での二次空気渦流の生成が最小限に抑えられる。
以下、本発明の実施例を添付図面に沿って詳しく説明する。
図１は本発明による真空清浄装置、図２は第１の実施例の断面図、図３は９０度回転された第１の実施例の断面図、図４は第２の実施例の断面図、図５は第３の実施例の断面図、図６は第４の実施例の断面図、図７は実施例３、４、５によるふるい羽根を有する送風羽根車、図８は第５の実施例の羽根車の平面図、図９は第５の実施例によるふるい羽根を有する送風羽根車の、線IX-IXに沿っての断面図、図10は本発明の第６の実施例をそれぞれ示す。
相状態を分離する、即ちガス流から固形あるいは液体粒子を分離する、本発明による装置は、例えば図１に示されるように、好ましくは真空清浄装置に使用される。真空清浄装置１はモータハウジング６を有し、モータハウジングの内部には電気モータが設けられ、このモータにより送風羽根車８が駆動され、これにより吸気空気が吸気ノズル２およびこのノズルと連結された吸気管３を経て吸入される。この場合、真空清浄装置１内に設けられた羽根車９は、ガス流から固形あるいは液体粒子を分離するために設けられる。このようにしてあらかじめ洗浄された空気は次に、送風羽根車８により現在微細フィルタ５として作用しているダストバッグ内へと移送される。
ガス流からの固形あるいは液体粒子の分離は、好ましくは分当たり20,000から35,000の範囲の回転速度で行われる。特に円錐形のふるい部材17を用いるとき、埃収集容器４内に蓄積される粒子のサイズは10μmまで減少できる。これは、ダストバッグ５を空にする必要がないほど良好で、ダストバッグ５の寸法を極めて小さくできるという利点を有している。更に、ダストバッグに使用するフィルタクロスの網サイズは粒子の最大サイズ10μmの数分の一と一致させることができ、従って高エネルギフィルタシステムを使用でき、コストの見地から望ましい。この装置は固形粒子の分離に適しているが、液体を吸い取るためにも適している。ガス流内に存在する液体滴は、埃粒子の場合と同様な方法で、羽根車により接線方向に加速されて空気流から分離される。
図２および図３に示す第１の実施例には埃収集容器４が含まれており、吸気管３はこの埃収集容器により囲設される。吸気管３の開口部3'は羽根車９の軸線に向かって配向される。本実施例の場合、羽根車は送風羽根車８として形成される。本例では、羽根車９はじょうご形のスリーブ12により囲設され、このじょうごスリーブの先端部は本例ではガス流の方向に向けられている。じょうごスリーブの開口部側では、円筒状のスリーブ領域11がスリーブ面12と連結される。この場合、円筒状のスリーブ領域11は吸気管３の開口部領域と重複されている。ふるい網スクリーン13が吸気管３の開口部3'の周囲に配設され、このスクリーンは円筒形であり、この円筒形の直径は羽根車９の直径と同じである。このため、吸気管３から羽根車内には空気のみが吸引可能となる。
それ以外は、埃収集容器４のすべての側部が閉鎖されている。カバー部材15の領域のみに開口部16が設けられ、この開口部内には上述した円筒状のカバー部材が突出される。じょうご形のスリーブ12は羽根車領域のほぼ全体にわたり延びている。スリーブ12はその小径側に円形スリットが形成され、このスリットは空気出口流路７に対し開口している。モータを通過した空気は、この空気出口流路７を経てダストバッグ５内に案内される。
羽根車９がその軸線を中心に回転運動することにより、空気がその半径方向へと加速される。埃収集容器４はそれ以外すべての側が閉鎖されているので、送風羽根車８により吸引された空気は、じょうごの開口部側のスリットをのみを経て、空気出口流路７内へと移動できる。羽根車９を中心に、空気渦流が生成され、またスリーブ12の壁部が傾斜されているため、この空気渦流はスリーブ領域11内へと延びる。この空気渦流内では、固形あるいは液体粒子が半径方向に、即ちふるい網スクリーン13内へと移動され分離される。埃収集容器４の直線開口部10は羽根車９に向かって配向されているので、埃収集容器４の少なくとも上部内に二次空気渦流が誘起され、これにより埃粒子が埃収集容器４内へと移送されることになる。ふるい網スクリーン13が設けられているので、誘起された二次空気渦流が羽根車９自体により乱されることが、確実に防止される。
図４に示す第２の実施例が第１の実施例と実質的に異なる点は、埃収集容器４の直線開口部10がその縁部でじょうご形のスリーブ14により囲設されることになる。スリーブ14の最大直径はじょうご形スリーブ10の最大直径と一致する。
第３から第６の実施例の場合、送風羽根車８は羽根車９と同じではない。一方、送風羽根車８は流れの方向に沿い羽根車９の下流に配設される。羽根車９はまた、実質的に軸方向に沿い空気羽根を経て空気流を通過可能にするような構成を有している。このため、円錐形のふるい部材17と連係してふるい形開口部23が設けられる。特に良好な分離効果を得るため、この円錐形の頂点角度を、好ましくは40から140度の範囲の間の値に等しくする必要がある。この場合、ふるい部材17の頂点17'は吸気管３の開口部3'に向かって配向される。円錐形の包絡面上には、羽根車９を構成し対向配置された２個の羽根24が成形される。ふるい部材17の円錐形の包絡面上には、それぞえバー部27を介し分離される３列の開口部23が形成されている。開口部23の幅はそれぞれの開口部の半径方向の位置により異なる。この開口部の幅はまた、ガス流の方向でのバー部の有効高さにも左右される。開口部を通過する際の埃粒子がバー部27と衝突するように、開口部の幅およびバー部の高さの寸法は、開口部を通過する空気流の最大速度およびふるい部材の回転速度の関数として選択される。このため、最適な相状態分離が保証される。次に、羽根車９の羽根24と衝突していないすべての粒子は、ふるい部材内に導入される際接線方向に加速され、このため粒子は実質的に軸方向に延びる吸気流に対し横断方向に回転され、埃収集容器４内に蓄積される。この場合、羽根24の半径は、吸気管３の円形開口部3'の半径と少なくとも同じ、好ましくはそれより僅かに大きく設定される。同様に、ふるい部材17の最大直径は開口部3'より幾分大きく設定される。
羽根車９は、ふるい部材17および送風羽根車８と共に同じ材料からなる単一ユニットを、すなわちふるい羽根付きの送風羽根車28を構成し、このふるい羽根付きの送風羽根車28が電気モータのシャフト用の駆動連結継手26を有することは、特に図７から理解されよう。ふるい羽根付きの送風羽根車28はまた、多くの送風羽根25も有している。図５から図10による実施例の場合、下流に配置される送風羽根車８とふるい羽根付きの送風羽根車28のふるい部材17との間の中間領域内には、円筒部18が設けられ、この円筒部18はじょうご形の終端部を有する埃収集容器の直線開口部10の最小径領域により囲設される。この開口部の壁部はスリーブ12により形成される。この構成の場合、すべての空気は確実に送風羽根車８により移動されふるい部材17を経て吸入される。即ち、バー部27の円周方向あるいは羽根24の円周方向のいずれかの方向で埃粒子と衝突するので、この埃粒子はガス流から横断方向に周囲のガス渦流内へと移送され、そこから更に埃収集容器４内へと落下することになる。
図６による実施例の場合、円錐形のふるい部材17を囲設する円錐台形のスリーブ22が、埃収集容器４のカバー部材15の開口部を経て埃収集容器４内に突出されることは理解されよう。スリーブ22を囲設する別の円筒形スリーブ11は、補助空気流路21を介しじょうご形壁部12を有する送風チャンバと連通されている。スリーブ22の開口部の開口平面と吸気管の開口部3'との間には、小さな空間が形成される。ふるい部材17の先端部17'は、スリーブ22の開口平面内に配置され、従って吸気開口部3'から同じ量だけ離間される。
ふるい羽根付きの送風羽根車28（図７参照）には、対向配置される２個の羽根24が設けられ、この羽根の下縁部はふるい部材17の先端部17'に延びている。羽根24の隅部は丸み付けされ、この羽根は領域32で円弧状に減少されている。羽根24は、ふるい部材の最大直径に相当する基部に対し円滑に連続連結される。羽根24はふるい部材17の円錐形の包絡面に対し実質的に平行に延びる。このため、開口部23およびバー部27が確実に羽根24と同じ高さに配置されることになる。
図５および図６による実施例では、吸気管３を囲設するじょうご形の別のふるい網スクリーン20が設けられている。この場合、ふるい網スクリーン20の最大直径領域は埃収集容器４の基部の方向に配向される。
この種の真空清浄装置の場合、空気は遠心車に対し軸方向に衝突し、このため空気は半径方向外側へ案内され、大きな埃粒子は遠心車を囲設する案内面の内側に対し回転衝突される。その後、現時点では細かな埃粒子のみを含んでいる空気は半径方向内側に向かい、遠心車の背部に配設されたドラム内へと移動される。このドラムの直径は遠心車の直径より小さく設定され、ドラムは遠心車と協働し、またドラムは円筒状であり、ドラムには開口部が形成されている。ドラムには比較的多くの数の開口部が形成されて小さな羽根を形成しているので、回転運動が空気に対し良好に伝達され、微細な埃粒子でさえも外側へと回転され、円筒状のドラムを囲設する案内面の内側に対し衝突される。ドラムを通過した後、空気は再び軸方向に向けられ、モータにより外部へと放出される。この場合、フィルタが長期間しようされるにつれ、下流に配置されるフィルタバッグに達した埃により、装置の吸入能力が低下される。本発明によれば、出来るだけ最短流路で、出来るだけ流れ方向に変化なく、良好な流れ効率で、出来るだけ最小の構造空間内で相状態分離を行うため、真空清浄装置には、埃収集容器と送風機ユニット８用の空間と空気出口流路７用の空間とが設けられている。吸気管３は、片側で洗浄ノズル２と連結され、他方の側では埃収集容器４とそれぞれ連結されている。この場合埃を含んだ空気は、吸気管３を介し案内され、分離空間内に配置された分離ユニット28（羽根車９）に対しその中央部で衝突する。分離ユニット28は円錐形の中空胴部を備え、この胴部には空気の流れ方向と整合される開口部23が形成されている。円錐形の中空胴部17上には、直線状且つ半径方向に延びる多くの羽根24が装着される。分離ユニットは、モータシャフト26により駆動される送風羽根車８上に固定装着されるか、あるいは別の吸気管（図10参照）31を介し送風羽根車と連結されており、分離モータM2により駆動される。分離ユニット28により分離された埃粒子は、埃収集容器４と連通されている分離空間の内壁面12により、この埃収集容器４内へと移動される。次に、このようにして洗浄された空気は、送風羽根車８へと前進され、更に空気出口流路７内へと移動される。
本発明の構成によれば、埃を含んだ空気が吸気管３を経て分離ユニット９、17に対し軸方向に衝突し、この分離ユニットから軸方向に放出され、一方粗い大きな埃は直線状の羽根24により回転され、細かな埃は円錐形の中空胴部17の開口部23により形成される小さな羽根車により回転され、分離空間の内側部に対し半径方向外側へと回転移動される。これら多くの小さな開口部23が設けられているので、直線状の羽根を用い極めて少量のみしか空気から分離できない場合より、回転運動が埃を含んだ空気に対し良好に伝達できる。分離された埃粒子は、分離空間の対応形成された内側部を介し埃収集容器４内へと案内される。次に、埃を含まないこの空気は、送風羽根車８内に軸方向へと前進移動される。「埃を含んだ空気」とはまた、水分と空気との混合物をも指し、この水滴が同様にして空気から分離されることは理解されよう。
図10に示す実施例には、分離ユニット９、17を駆動するモータM2と送風羽根車８を駆動する別のモータM1とが示されている。送風羽根車８および分離ユニット９、17は流路31を介し互いに連結される。
上記説明、図面および請求の範囲で開示した本発明の特徴は、本発明の実現の際個々の特徴におよびその組み合わせにおいて重要である。開示したすべての特徴は本発明と関連している。本出願の開示において、関連するおよび添付の優先権証明書類（先行出願の原文）がその全内容として含まれる。

Claims (5)

1. 送風羽根車（８）と、ガス流が軸方向に流れる羽根車（９）と、前記送風羽根車（８）と前記羽根車（９）の間に設けた円錐形のふるい部材（１７）とを有し、
   前記羽根車（９）は、回転駆動される前記円錐形のふるい部材（１７）と連結され、前記羽根車（９）の羽根（２４）が前記ふるい部材の円錐形の包絡面上に半径方向に突出しており、
   前記羽根車（９）はガス流の方向に沿い前記送風羽根車（８）の上流に配置されるよう構成される、ガス流から固形あるいは液体粒子を分離する装置。
2. 前記羽根車（９）が２枚の前記羽根（２４）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記羽根車（９）、前記ふるい部材（１７）および前記送風羽根車（８）が同じ材料の一体ユニットとして互いに接合されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ふるい部材（１７）においてその円周方向に形成される開口部（２３）および前記開口部（２３）を中断するバー部（２７）の高さが互いに整合され、これにより回転している前記開口部（２３）内に最大吸引速度で導入される粒子が前記開口部（２３）を通過中に前記バー部（２７）と衝突することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 吸気管（３）を有し、前記吸気管（３）の開口部（３'）が前記羽根車（９）の軸線に向かって配向され、かつ前記吸気管（３）は埃収集容器（４）により囲設されており、さらに
   前記吸気管（３）から前記埃収集容器（４）内に突出する実質的にじょうご形のふるい網スクリーン（２０）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。

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