JP3976750B2 - 真空掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、真空吸引された気流を器内に設けたサイクロンにより渦流とし、気流中に含まれている異物に対して遠心分離作用を行う真空掃除機に関するものである。

従来の除塵方法には、フィルターを用いる濾過式（フィルター式）、水膜通過、飛沫内通過、湿式ロールフィルター通過等からなる湿式、静電気による電極板吸着方式である吸着式（静電式）、及び旋回流による遠心式（サイクロン式）などがあり、工場プラントのような大規模設備では幾つかの方式を組み合わせることによって欠点を補い、非常に効果的な除塵も可能である。一方真空掃除機という大きさの限られたものにおいては、高い収塵効率を望むことが困難である。しかしながら、前記の除塵方法の中でも遠心式は、可動部がないためメインテナンスを必要とせず、乾湿共使用可能であり、粉塵捕集量も多く取れるという特徴があり、真空掃除機にも適用されている。

一般にサイクロンにおける捕集率は小型になるほど優秀となり、図６に示すように、サイクロンｃを、３連式若しくはそれ以上の多連式とすることによっても効率の上昇を期待することができるものとなる。しかしながら、粉塵濃度が非常に高い場合であるとか、或いは吸引対象物の大きさが著しく変化する可能性があるというような場合には、図７に示すように多段式かつ多連式の構成を援用しなければならなくなる。しかもこの場合には、捕集効率と圧力損失が比例する関係にあるために、圧力損失の著しい上昇を覚悟しなければならない。これだけではなく、図７に示すように多種のサイズにわたる多くのサイクロンｃ１、ｃ２、ｃ３を使用して、真空掃除機を構成することの困難性は指摘するまでもなく明らかなことであろう。

一方サイクロンを使用する真空掃除機の発明に関すると考えて良いものに特表２００３−５２４５２２号があり、同号の明細書、従来の技術の欄には、１次サイクロン集塵部の内側に配置した２次サイクロン集塵部を有する多重サイクロン集塵装置に関する記載があり、１次サイクロン集塵部の内側に２次サイクロン集塵部を配置したので、１次サイクロン集塵部の許容集塵量が少なくならざるを得なかったこと、２次サイクロン集塵部の許容集塵容量を超えた超過分の微塵は、２次サイクロン集塵部を通過してファンモーターへ流入することなどの問題点が記載されている。これらの問題点を解決し、１次サイクロン集塵部で最大限多量の異物のみならず微塵までを集塵できるようにして、ファンモーターの損傷を防止することが同号の発明の目的である。しかし同号の発明の場合、わざわざ効率を低下させてファンモーターへの異物の流入を止める発想であり、同号の従来の技術におけるサイクロンには改良の余地がある。

特表２００３−５２４５２２号

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、粉塵並びに液滴その他の目的物の集塵効率を高め、小型化が可能であり、またリカバリーフィルターを必要としないサイクロン式の真空掃除機を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本発明は、真空吸引された気流を器内に設けたサイクロンにより渦流とし、気流中に含まれている異物に対して遠心分離作用を行う真空掃除機であって、容器内に気流を導入する流入口を渦流に沿うように設け、流入口から流入した気流が外周面に沿って流れる位置に、上部より下部に向かって先細となったサイクロンと、その内側に位置する任意数個のサイクロンから成る多重サイクロン部を設置し、多重サイクロン部の下流の流路に渦流方向に流出口を設け、流出口を真空吸引部に管路によって接続した構成を有し、多重サイクロン部は、流入口から流入した気流が旋回する位置に設けた第１のサイクロンと、第１のサイクロンの内側かつ下流側に重ねるように設けられた任意数個のサイクロンから成るものとするという手段を講じたものである。

本発明に係る真空掃除機は、前述の分類によればサイクロン式の除塵方法を実施するものであり、気流に含まれている異物を遠心分離作用により除去ないし回収する。このため回収する対象物は固体に限られず、液滴、油滴等の液体も含まれる。サイクロンによって回収した異物を貯溜するための回収容器は、サイクロンを設けるために円筒状部分を有していることが望ましく、真空吸引された気流の流入口、及びサイクロンを経て異物を分離された気流を外部へ排出する流出口は、サイクロンよりも相対的に上部に位置し、分離された回収対象物は回収容器の底に溜められる。

本発明におけるサイクロンは、多重サイクロン部として設置される。多重サイクロン部には、上部から下部に向かって先細となった第１のサイクロンがまず必要であり、さらにその内側に重ねるようにして設けられた任意数個少なくとも１個のサイクロンも必要である。これらの２個以上のサイクロンは、円錐面の下端に位置する最小口径の頚部を上下に気流方向にずらせて配置し、より内側の、下流に位置するサイクロンでも十分な捕捉能力を保持し得るようにする。このサイクロンにより過流を形成するために、流入口が過流方向に設けられているものであり、流入口から流入した気流が外周面に沿って流れる位置に最外部のサイクロン、即ち第１サイクロンが配置されるものである。

本発明における多重サイクロン部が最小限２個、望ましくは３個、或いはそれ以上の個数のサイクロンによって構成されることは以上説明したとおりであるが、これら複数個のサイクロンは、先細形状という意味で、ほぼ相似形であり、上流よりも下流のものの方が小型になっていることが望ましい。さらに、複数個のサイクロンを構成している円錐面の中心軸からの傾斜角度は、第１のサイクロンのそれが最も急傾斜で、次第に緩傾斜とすることにより好ましい結果を得ている。本発明においてはサイクロンを重ねるように設けることが望ましい、と請求項２に記載されているが、重ねるとは、２個のサイクロンの内、上流側のサイクロンの円錐内に下流側のサイクロンの円錐の頸部が入り込むことと言えるので、重ねるようにとは、重ねるほど近くの意味である。接近し過ぎて重なり過ぎると、サイクロン効果を期待できないまま気流を通過させてしまうことになり、離れ過ぎると、やはりサイクロン効果を期待できず収塵効率が低下することになるので、不即不離の位置関係にあることが必要である。

多重サイクロン部における過流の強弱を左右する圧力の損失を補うために、多重サイクロン部の下流の流路に、過流方向に流出口が設けられる。流出口は、真空吸引部に管路によって接続され、流出口に到達した気流を強力な真空吸引エネルギーにより吸引することに大きく影響するものであり、真空吸引部による遠心分離作用を最高度に保持する。流出口が設けられる下流の流路は、回収容器等と同様に円筒形の内周面を有している必要がある。また、本発明に係る真空掃除機の動力源である真空吸引部は、多重サイクロン部と一体に設けても良いし(図１に示す例）、多重サイクロン部とは別に設けても良い(図２に示す例）。

本発明に係る真空掃除機は、回収容器に多重サイクロン部を設けたことを特徴とするものであるけれども、多重サイクロン部に加えて、更に別の小型のサイクロンを設けることができる。この小型サイクロンには、最終段階の遠心分離手段として設けるもので、前記の流出口と真空吸引部とを連絡する管路に設けられる。

本発明は以上の如く構成され、かつ作用するものであるから、高い収塵効率を小型掃除機において実現することができ、フィルターを必要としないので圧力損失を抑制して、高い吸引性能を保持することが可能となり、捕集物を廃棄するにも回収容器を開ければ良いので非常に容易であり、固体、流体を問わずに確実に捕集することができるという効果を奏する。

以下、図示の実施形態により本発明をより詳細に説明する。図１は、一体型真空吸引機１０に関するもので、回収容器１１と、多重サイクロン部１２及び真空吸引部１３を積み上げて一体的にした例１を示している。

回収容器１１は、底１４と開口縁１５を有する、円筒型の容器であり、開口縁１５に載せる真空吸引部１３及び多重サイクロン部１２を支える構造、強度を有している。多重サイクロン部１２は、回収容器１１の開口縁１５に載るフランジ部１６を有する外筒１７を有し、外筒１７には、内部に形成される渦流に沿うように方向を整えて気流を導入する流入口１８が設けられている。流入口１８の外側開口は、先端に吸引ノズルなどを有する吸引ホースの基端を接続する接続口１９である。

多重サイクロン部１２は、流入口１８から流入した気流が旋回する位置に設けた先細形状を有する第１サイクロン２１と、第１サイクロン２１の内側かつ下流側（上方）に重ねるように設けた、先細形状を有する第２サイクロン２２と、第２サイクロン２２の内側かつ下流側（上方）に重ねるように設けた、先細形状を有する第３サイクロン２３とから構成されている。第１サイクロン２１の最小頸部２４は流入口１８よりも下位に、第２サイクロン２２の最小頸部２５は第１サイクロン２１の末端２６とほぼ同位置に、第３サイクロン２３の最小頸部２７は第２サイクロン２２の末端２８とほぼ同じ位置に、夫々重ねるように配置されている。また、第１〜第３サイクロン中、円錐面の中心軸からの傾斜角度は、第１サイクロン２１が最も急傾斜で、第２サイクロン２２、第３サイクロン２３はその順に緩傾斜に設定されている。また各サイクロン２１、２２、２３の最小頸部２４、２５、２６は円錐曲面２０に沿うており、次第に絞り込まれるようになっているものとする（図１鎖線）。

構造上、３個のサイクロン２１、２２、２３は夫々独立した部材から成り、第１サイクロン２１は外周のフランジ２９にて外筒１７の開口縁３０に載り、第２サイクロン２２は外周のフランジ３１が第１サイクロン２１のフランジ２９の上に重なって載る。また、第３のサイクロン２３は過小径のため外筒１７の開口縁３０の方向へ延長したフランジ３２を有するカバー部３３に取り付けられており、そのフランジ３２を第２サイクロン２２のフランジ３１に重ねて載せる構造を有する。カバー部３３は、真空吸引部１３の載置台３５によって上面を閉塞されているもので、渦流方向の流出口３４がカバー部３３の内周面に開口している。

流出口３４と真空吸引部１３は管路３６によって連絡しており、その管路３６には多重サイクロン部１２の最小のサイクロン２３よりも小型のサイクロン部が設けられている。この小型サイクロン３７は単一のサイクロン３８を有する構造であり、フィルターと同等以上の微粒子を捕捉する目的で設けたものであるので、本発明のものではフィルターは不必要である。真空吸引部１３は遠心ファンの１種であるターボファンからなり、載置台３５に取り付けられていて、真空吸引した気流を排出する排気口３９を有している。

図２は、別体型真空吸引機４０に関するもので、回収容器４１と多重サイクロン部４２は一体的構造となっているが、真空吸引部４３は別構造とした例２を示している。別構造である以外の点については例１と例２はほぼ一致した構成を有しており、回収容器４１の開口縁４５に載るフランジ部４６を有する外筒４７の内部に渦流方向の流入口４８が設けられ、接続口４９から導入される気流を、第１サイクロン５１、第２サイクロン５２、第３サイクロン５３から成る多重サイクロン部４２によって遠心分離する。第１サイクロン５１の最小頸部５４、第２サイクロン５２の最小頸部５５、第３サイクロン５３の最小頸部５７の間隔、位置等の関係も例１の場合と同様であるが、第１サイクロン５１の最小頸部５４には絞りが設けてある。第１、第２サイクロン５１、５２は外周のフランジ５９、６１にて外筒４７の開口縁６０に載り、第３サイクロン５３を取り付けたカバー部６３がフランジ部６２にてさらにその上に載る。

流出口６４は、渦流方向を向いたものである点、例１のものと一致するが、外筒内周面ではなく天面に１８０度離れて２箇所に設けられている。流出口６４、６４は、真空吸引部４３と管路６６によって連絡しており、管路６６には小型サイクロン６７が設けられている。図１及び図２に示した小型サイクロン３７、６７は単一のサイクロン６８を有しているが、これを複数個のサイクロンによって構成することも勿論可能である。図３はサイクロン７１を２個有する小型サイクロン７７の例を示しており、気流は上方に突出する入口７２より両サイクロン７１、７１の外周とケース内周との間に導入され、分離物をケース７３、７３の底７４に落としたのち、両サイクロン内流路を経て、下向きの出口７５より、管路６６に到る。

図２の例と同じ構造で示した、図４を参照して、本発明の真空掃除機１０の作動について説明すると、接続口４９を経て真空吸引された気流は流入口４８により旋回速度を与えられ、第１サイクロン５１の円錐面に沿って流れる内に運動量を失った異物が円錐面に付着し、或いは第１サイクロン５１より落下して回収容器４１の底４４に溜まる。第１サイクロン５１を通過した気流は第２サイクロン５２の円錐面に沿う過流となり、運動量を失った異物は第２サイクロン５２の円錐面に付着し、或いは第２サイクロン５２から落下する。また第３サイクロン５３においても同様の遠心分離による分離作用を受け、計３段階の処理を受ける内に、極めて効果的な異物除去作用を受ける。図２、従って図４の例の２個１対の流出口６４、６４は旋回速度の低下を抑えるとともに高効率の捕集を実現する上で効果的である。

実験により、粒径４０〜１３０μｍの小麦粉を、本発明の実施例２の吸引掃除機４０を用いて吸引したところ９９．９％を捕集することができたことを記す。さらに、小型サイクロン６７によって残りの０．１％を捕集することができており、上記粒径については１００％の捕集率を達成したということができる。但し、粒径４０μｍに満たない粒子については捕集を免れた分もある。なお、本発明に係る真空吸引機４０による作業時の圧力損失の例を図５によって示すと、単一のサイクロンを有する小型サイクロン６７の上流における圧力水頭値は２５０〜２６０ｍｍ（Ｐ３）、小型サイクロン６７と多重サイクロン部４２との間では１３０〜１４０ｍｍ（Ｐ２）、回収容器内の第１サイクロン５１付近では５０ｍｍ（Ｐ１）であった。なお、図面中に示しているものではないが、容器とカバー等との合わせ部にはシールリングを設け、気密性を確保する。

本発明に係る真空掃除機の例１を示す縦断面図。 同じく例２を示す縦断面図。 Ａは小型サイクロンの１例を示す正面図、Ｂは側面図、Ｃは下面図。 例２による本発明の作用説明図。 本発明に係る真空掃除機の全体図と各部の圧力損失の説明のための流れ図。 従来の多段サイクロンの例を示した説明図。 同じく従来の多段サイクロンの他の例を示した説明図。

符号の説明

１０、４０ 真空掃除機
１１、４１ 回収容器
１２、４２ 多重サイクロン部
１３、４３ 真空吸引部
１７、４７ 外筒
１８、４８ 流入口
２１、５１ 第１サイクロン
２２、５２ 第２サイクロン
２３、５３ 第３サイクロン
２４、２５、２７、５４、５５、５７ 最小頸部
３３、６３ カバー部
３４、６４ 流出口
３６、６６ 管路
３７、６７、７７ 小型サイクロン
３８、６８ サイクロン

Claims (2)

1. 真空吸引された気流を器内に設けたサイクロンにより渦流とし、気流中に含まれている異物に対して遠心分離作用を行う真空掃除機であって、器内に気流を導入する流入口を渦流に沿うように設け、流入口から流入した気流が外周面に沿って流れる位置に、上部より下部に向かって先細となったサイクロンと、その内側に位置する任意数個のサイクロンから成る多重サイクロン部を設置し、多重サイクロン部の下流の流路に渦流方向に流出口を設け、流出口を真空吸引部に管路によって接続した構成を有し、多重サイクロン部は、流入口から流入した気流が旋回する位置に設けた第１のサイクロンと、第１のサイクロンの内側かつ下流側に重ねるように設けられた任意数個のサイクロンから成る真空掃除機。
2. 流出口と真空吸引部とを管路によって連絡し、その管路に、多重サイクロン部のサイクロンよりも小型のサイクロンを設けた構成を有する請求項１記載の真空掃除機。

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