JP4644196B2 - 空気流から粒子を分離するサイクロン分離器、及びかかる分離器を有する電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の冒頭部に従ったサイクロン分離器、及びかかるサイクロン分離器を有する電気掃除機に係る。

粒子及び／又は液体を空気流から分離するサイクロン分離器は、周知である。かかる分離器の一例は、国際公開第９８／２３３８１号パンフレット（特許文献１）中に記載される。この分離器においては、ファンが、分離器の内壁に向かって液体を加速するようサイクロン分離器に対する吸気口に配置され、従って、より高い空気流率を作るようより強力なモータを必要とすることなく粒子が空気流から分離されるよう、空気に更なる接線速度を与える。
国際公開第９８／２３３８１号パンフレット

本発明は、サイクロン分離器によって塵芥粒子及び／又は液体の分離を、特には小粒子及び／又は小液滴に関して改良することを目的とする。

本発明によれば、この目的は、請求項１に従った分離器を与えることによって達成される。本発明は、また、かかるサイクロン分離器を有する請求項１３に従った電気掃除機において具体化され得る。

サイクロン空気流の回転という意味におけるドラムの回転は、空気流とサイクロン空気流が沿って通るドラムの円周内側面との間の速度における相違を低減する。同様に、これは、空気流が回転ドラムに沿う分離室の少なくとも一部分において、空気流のかく乱を防ぐか又は少なくとも妨ぐため、より少ない粒子又は液滴が排気口開口部の入口に達する。特には、かかるかく乱によって容易に取り込まれ、したがって空気流から外へ遠心力の作用を受けることから避けられた細かい液滴及び微粒子のミストは、より容易に円周壁にはり付く。更には、ドラムの円周壁の回転により、捕えられた粒子の塊は、ドラムの円周壁に与えられた遠心力により該円周壁によりしっかりとはり付き、円周壁の内側面に対するサイクロン空気流の低速度により、空気流によって取り込まれにくい。

本発明の特定の実施例は、従属請求項において説明される。

本発明の更なる面、効果、及び詳細は、添付の図面を参照してこれより説明される。

図１中、本発明に従った電気掃除機の一例が図示される。本例に従った電気掃除機は、固体及び液体の物質の両方の収集に適している。しかしながら、本発明は、液体の収集に適していない電気掃除機にも適用され得る。本例に従った電気掃除機１は、筐体２を有し、筐体２の内部には、モータ３、モータ３に結合されたファン４、空気を案内する導管５−７、及び、粒子及び液体が取り込まれた空気から固体粒子及び液体を分離する分離器８を有する。電気掃除機のホース９及び管１０、及び清掃されるべき面から粒子及び液体を拾い上げるよう清掃されるべき面に沿って動かされるべきノズル１１は、筐体２に接続される。排出導管３１は、分離器８に接続し、弁３０は、収集された液体を排出導管３１を介して分離器８から排出できるよう開かれる際を除いて排出導管３１を遮断するよう備えられる。

モータ３及びファン４は、ノズル１１、管１０、ホース９、空気案内導管５−７、及び分離器８を介して空気流を推進するよう配置される。

分離器は、図２を参照してより詳細に説明される。図２に従ったサイクロン分離器８は、吸気導管５を介して入り排出導管６を介して出る空気流から液体及び粒子の両方を分離することに、特に適している。

分離を実行するよう、分離室１２が備えられ、該分離室へと吸気導管５が入る。室１２において、仕切りドラム１３が閉上端部１４を有して配置される。仕切りドラム１３及び上端部１４は、室１２を外側環状部分１５及び内側部分１６とに仕切り、また、重要な範囲に対して、分離室１２の内側部分１６における主に上昇螺旋状の空気流から外側環状部分１５における主に下降螺旋状の空気流を分離するため、空気流のかく乱が更に低減される。

更には、仕切りドラムの円周壁は、望ましくは細かい空気格子を望ましくは有する。該空気格子は、望ましくは１ｍｍより小さいピッチを有する穴を有し、小さな液滴を捉えるため、小さなミスト状の液滴の大部分が排気口６に達することを防ぐ。

分離室１２を抑制（ｂｏｕｎｄ）するサイクロンドラム１８は、回転可能につけられ、図１中に概略的に図示されるドライブ１９を介してモータ３に結合される。サイクロンドラムの回転によって、空気は、一般的に分離室１２を介してサイクロン経路を通り、分離室１２を介する空気流（矢印２２，２３，２５−２７）からの粒子及び／又は液体のサイクロン分離を引き起こす。

外室１５部分の上方部分において、半径方向に延びる刃２０は、モータ３が回転している際にサイクロンドラム１８を有して回転するよう配置される。該刃は、空気力学的に湾曲され得る。サイクロンドラム１８は、サイクロン流の中央線１７の周囲で円周方向に延び、分離室１２を抑制する円周壁２１を有する。サイクロンドラム１８の円周壁２１及び仕切りドラム１３は、排気口６の入口部分２９から外側に向かって半径方向に間隔をあけられる。本例によればサイクロンドラム１８は、円筒形を有するが、例えば非円形の断面又は軸１７の方向において変化する断面を有する他の形状も有し得ることが観察される。振動を避けるよう、サイクロンドラム１８及びその内部は、望ましくは軸１７の周囲で平衡を保たれる。

作動中、サイクロンドラム１８及び仕切りドラム１３並びにそこに固定的に取り付けられた刃２０は、矢印３３で示される通り軸１７の周囲で回転される。刃２０の回転は、回転の軸１９の周囲の空気流に対して回転を伝えるよう特に効果的であり、従って、分離室１２を介して空気流２２−２７の回転を推進する。埃は、空気流の回転及び空気流の方向の急転換によってもたらされた遠心力によって空気流から分離される一方、接線速度は仕切りドラム１３の上部で入って伝えられ（矢印２３）、前出の埃は、ドラム１８の円周壁２１に対して収集され、該円周壁では収集された埃の塊３２が形成される。

ドラム１３、１８の面に対する空気流の速度が比較的遅いため、空気流のかく乱は少なくとも低減され、内側方向に対面するドラム１８の壁部分の円周面２１に対する液滴及び粒子の外側方向のかく乱は避けられるか、又は少なくとも低減される。液体が収集される場合に特に有利であるのは、泡形成が防がれることであり、特に重要なのは、洗浄剤を有する液体が収集される場合である。更には、液体及び粒子がドラム１８の内面にはり付くと、粒子がはり付けられた面に沿った空気流の低い相対速度に起因して、層３２から容易には除去されない。特には、高い相対速度で室１２における内面上で分離された物質に達する粒子に起因する微細な粒子の形成及び旋回が是正される。これは、粒子が、該分離された物質３２に対しては低い速度でこれらの面に到達するためである。

従って、分離室１２を出る空気流２８は、より少ない埃及び／又は液体を有する。

サイクロンドラム１８は、望ましくは、約１０ｃｍ乃至４０ｃｍの直径を有し、望ましくは毎分約３００ｒｐｍ乃至１５００ｒｐｍ、より望ましくは毎分約５００ｒｐｍ乃至１０００ｒｐｍで回転する。空気中の回転は、ドラム１３、１８を有して回転する分離室１２における羽根の回転によって推進されるため、空気流の接線速度は、空気流によって接触されたドラム１３，１８の面の接線速度に対して自動的に略均等である。分離室１２中の内側方向に対面する円周面を越える埃の均等な円周方向の分布に対して、ドラムの角速度と空気流の角速度との僅かな相違は、保持され得る。

推進される回転可能なドラムの回転による空気流の回転の推進の他の利点は、分離室１２における空気流の接線速度が、吸気口５及び排気口６を介する空気流の流速とは無関係に非常に高くなり得ることである。したがって、比較的小さなモーター力は、強い遠心効果をもたらすよう十分である。

特には、分離室１２を抑制するサイクロンドラム１８の円周壁２１の回転によって、分離された液体及び粒子は、分離物質３２が受ける遠心力に起因して、分離室１２の回転する円周内壁に確実にはり付くようにされる。更には、室１２において内側方向に対面する円周面上に分離された物質３２が衝突する粒子に起因する微細な粒子の形成及び旋回が是正される。これは、遠心力が、回転して内側方向に対面する面に対してはり付けられた粒子３２をこれらの面から離れて動かないよう助けるためである。

吸気及び排気管は、夫々、室１２が位置付けられているサイクロンドラム１８の回転の軸１７を同軸上に有する分離室１２を出入りするため、回転可能なサイクロンドラム１８と吸気及び排気管との間の接続は、比較的簡単な封を有して密封され得る。

また、構造の簡易性のために、吸気口５及び排気口６は夫々、サイクロンドラム１８の軸方向に対向する端部で分離室１２を出入りすることが望ましい。これによって、吸気及口び排気口の両方を回転可能なサイクロンドラムの同一の端部の中心に配置する必要性が避けられる。

特には、吸気口５及び排気口６がドラム１８の軸方向に対向する端部を通過し、吸気口開口部及び排気口開口部が軸方向に対向する方向において対面する場合、仕切りドラム１３は、吸気口開口部から排気口開口部６を保護し、そのため空気及び特にはそこに有される液体粒子は、吸気口から排出光開口部までの短い経路に沿って通ることから大幅に妨げられると同時に、分離されるには短すぎる間サイクロン空気流の分離効果を受ける。分離室１２の周縁部分１５から吸気口５の入口開口部を保護する仕切りドラム１３によって、空気は、まず分離室１２の周縁部分１５を通り、続いて分離室１２のコア部分１６を通って主に螺旋状の軌道に沿って流れるようにされ、また、流れにおけるかく乱を排気口６の入口部２９に達することから妨げる効果を有する。

排気口６の入口部分２９は、仕切りドラム１３の一部分の内部に位置決めされるため、仕切りドラムは、排気口６の入口部を室１２の外側部分１５における空気流において埃及び液滴から保護する。

図３及び図４中、本発明に従った分離器の第２の例が図示され、分離室１１２は、吸気口１０５と排気口１０６との間に配置される。室１１２における空気流に回転を伝えるよう、空気は、まず湾曲した刃１２０を有する不動の流出ヘッド１３４を通され、該流出ヘッドから、空気は、接線方向の構成部品を有して半径方向に流れる。次に空気流のサイクロン回転は、ドラム１１８の回転によって更に強められる。本例に従った分離器は、乾燥した粒子のみを有する空気の処理に対して特に適切である。

また、空気流に対して接線速度を伝えるよう流出ヘッド１３４の回転を推進させることが可能であるが、不動の流出ヘッド１３４は、構造の簡易性の観点からより有利である。より一般的には、サイクロンドラム１１８の円周壁１２１が、流出ヘッドに対して回転するようにすることが有利である（これを達成するよう、流出ヘッドは、本例にある通り、より早く又はより遅く回転し得るか、又は不動であり得る）。これは、流出ヘッドを介して分離室に入る埃が、サイクロンドラム１１８の円周壁１２１を越えて円周に均等に分布されることが達成されるためである。

図５中、本発明に従った分離器の他の実施例が図示される。該例では、作動中、サイクロン空気流（矢印２３６）は、接線の構成部品を有する方向において方向付けられた吸気ポート２３４から、接線の構成部品を有する方向における分離室２１２へ噴出される。また、本例によれば、サイクロンドラム２１８は、サイクロン空気流２３６の回転において回転するよう推進される。

排気口２０６の入口部２２９でフィルタ・ユニット２４０の上部及び底部が閉じられるため、排気口２０６の入口部分２２９は、吸気ポート２３４に対向する分離室２１２の軸方向端部２３７から離れて間隔をあけて配置され、半径方向外側の構成部品のみを有する方向において対面する。これは、吸気ポート２３４に対向する分離室２１２の軸方向端部２３７に達した空気が、分離室２１２の外側部分を介して通ることを要求する。該分室においては、全ての有される液滴及び粒子は、空気が排気口２０６の入口部２２９に達する前に、更に又は再度、回転する空気流において遠心力の分離作用を受ける。この原理はまた、図３及び図４中に図示された分離器において適用される。

分離室２１２の下流のフィルタ・ユニット２４０は、サイクロン空気流の遠心効果によって分離されるには小さすぎる及び／又は軽すぎる粒子を除去する。フィルタ・ユニット２４０は、分離室２１２に入った非常に細かいごく少量の埃を捕えるのみであるため、すぐには詰まらない。フィルタ・ユニット２４０はまた、サイクロン空気流と分離室における面との間の相対速度を下げて維持するようサイクロン空気流を有して回転され得るため、空気流のかく乱は更に低減される。フィルタ・ユニットの回転の更なる効果は、特に排気口１０６，２０６から出る空気流が無い際にフィルタ・ユニットが回転される場合に、埃がフィルタの外に遠心力を作用され得ることである。

本発明が説明されてきたが、多くの修正は、添付の請求項の範囲によって定義付けられた本発明から逸脱することなく、当業者にとって明らかである。例えば、回転可能なドラムの両端部、又は、１つ又はそれ以上のドラムは、部分的に閉じられていても開いていてもよく、回転可能なドラムの開放端部は、不動の端部部材によって密封され得る。回転の軸の周囲に延びるドラムの面又は構造は、環状であり得るが、環状である必要は無い。

本発明の第１の実施例に従ったサイクロン分離器を有する電気掃除機の概略的な長手方向の断面図である。 図１に従った電気掃除機のサイクロン分離器の概略的な長手方向の断面図である。 図２と同様に、本発明の第２の実施例に従った分離器の図である。 図３中の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図２及び図３と同様に、本発明の第３の実施例に従った分離器の図である。

Claims (13)

1. 空気流から粒子及び／又は液体を分離するサイクロン分離器であって、
   分離室と、
   粒子及び／又液体を取り込む空気の流れを前記分離室へと入れる吸気口と、
   前記有された粒子及び／又は液体の少なくとも一部分が分離された空気の流れを、前記分離室から外へ出し、少なくとも１つの入口部を有する排気口と、
   前記分離室内で前記空気流から前記粒子及び／又は液体の少なくとも一部分のサイクロン分離を引き起こすよう、前記空気流が、前記分離室を介して及び軸の周囲でサイクロン流のパターンをたどるようにする手段と、
   少なくとも１つの内面部分が、前記軸の周囲で円周方向に延び、前記分離室の境界となって前記分離室を抑制する少なくとも１つの仕切りドラムと、
   を有し、
   前記軸の周りで円周方向に延びる前記少なくとも１つの内面部分は、前記軸の周りを回転可能であり、
   前記ドラムは、前記サイクロン空気流の回転の方向で回転するようされ、前記空気流と前記サイクロン空気流が沿って通る前記内面部分との速度の差が低減すること、及び、前記吸気口及び排気口は、夫々、前記分離室の境界となって前記分離室を抑制する前記ドラムの回転の前記軸と同軸上で前記分離室を出入りすることを特徴とする、サイクロン分離器。
2. 前記回転可能なドラムは、前記分離室において前記サイクロン空気流の接線速度に対して略同等である速度で回転するよう適合される、請求項１記載のサイクロン分離器。
3. 前記回転可能なドラムは、１０乃至４０ｃｍの直径を有し、３００乃至１５００ｒｐｍで回転するようにされる、請求項１又は２記載のサイクロン分離器。
4. 前記回転可能なドラムは、１０乃至４０ｃｍの直径を有し、５００乃至１０００ｒｐｍで回転するようにされる、請求項１又は２記載のサイクロン分離器。
5. 前記吸気口及び前記排気口は、夫々、前記分離室の境界となって前記分離室を抑制する前記ドラムの軸方向に対向する端部で前記分離室を出入りする、請求項１記載のサイクロン分離器。
6. 前記吸気口の出口開口部と前記排気口の入口開口部とは、軸方向に対向する方向で対面し、前記分離室内にあり、前記分離室と同軸である前記少なくとも１つの仕切りドラムは、前記吸気口の前記出口開口部から前記排気口の前記入口開口部を保護するように前記排気口の前記入口開口部を覆うよう配置される、請求項５記載のサイクロン分離器。
7. 前記少なくとも１つの仕切りドラムは、半径方向に延びる穿孔を有する円周壁を有し、前記円周壁の少なくとも１つの部分は、前記排気口の前記少なくとも１つの出口部分から半径方向外側に間隔をあけられる、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のサイクロン分離器。
8. 前記空気流に接線速度を伝えるよう円周方向に分布された複数の刃を更に有する、請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のサイクロン分離器。
9. 前記回転可能なドラムの回転を推進する電動の推進構造を有する、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のサイクロン分離器。
10. 前記排気口の前記少なくとも１つの入口部分は、前記吸気口が前記分離室へと向かう端部に対向し、半径方向に外側の構成部品を有する方向において対面する前記分離室の端部から間隔をおいて配置される、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のサイクロン分離器。
11. 前記排気口の前記少なくとも１つの入口部分は、フィルタを有される、請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載のサイクロン分離器。
12. 前記フィルタは、前記軸の周囲で回転可能である、請求項１１記載のサイクロン分離器。
13. 電動掃除機であって、
    モータと、前記モータに結合されたファンと、空気案内導管と、前記空気案内導管及び前記分離室を介して空気流から粒子及び液体を分離する分離室を有するサイクロン分離器と、を有し、
    前記空気流は、前記モータ及び前記ファンによって生成され、
    前記サイクロン分離器は、請求項１乃至１２うちいずれか一項記載のサイクロン分離器である、電動掃除機。

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