JP4955387B2 - サイクロン式分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、サイクロン式分離装置に関するものである。

サイクロン式分離装置は、一般に異なる相とされる複数の物質を互いから分離するため（例えば気体から固体、液体から固体、あるいは気体から液体）に使用されることが知られており、より軽い気体あるいは液体からより密度の高い気体あるいは液体を分離するために、そのような装置を申し分なく使用することができる。サイクロン式分離装置はまた、真空掃除機において効果的に使用されることが知られており、固体物質（汚れ、ホコリ、および破片）が空気流から分離されて廃棄の前に真空掃除機内に保持される一方、きれいな空気が空気中に排出される。本発明は、限定されないが、特に真空掃除機での使用に適している。

真空掃除機に関する問題の１つは、ノイズの問題である。また、より高い量の「エアワット（airwatts)」（これは掃除機によってその入口に生じる吸込量に関連する）を有する真空掃除機が、より低い量のエアワットを有する真空掃除機よりも優れた性能を発揮することが知られている。後者に関して、掃除機内の摩擦損失および圧力低下の最小化がエアワットの最大化につながることがよく分かっている。

従来技術は、螺旋状に動く空気流を直線状にするためにサイクロン式分離装置の出口にブレードあるいは羽根を設けることにより、該サイクロン式分離装置内の圧力を回復させることが周知であることを示している。例えば特許文献１を参照。一般に、サイクロン式分離装置の出口は、渦ファインダーとして知られる円筒状チューブによって通常は形成されている。円筒状でない出口が時折提案され、また特許文献２が六角形の出口を図示しているが、出口の形状の説明や出口がこのように形成された理由については、何ら参照がなされていない。
米国特許第２，７７１，１５７号明細書 米国特許第５２２，７６９号明細書

本発明の目的は、使用中でも比較的静かなサイクロン式分離装置を提供することである。本発明の他の目的は、真空掃除機に使用された場合に比較的高いエアワットを該真空掃除機にもたらすサイクロン式分離装置を提供することである。

本発明は、流体から固体物質を分離するためのサイクロン式分離装置において、分離チャンバと、分離チャンバに連通し、固体物質が随伴される流体を分離チャンバに運び入れるための入口と、固体物質が分離された後の流体を分離チャンバから運び出すための出口であって、分離チャンバの内部に連通する導管によって形成され、かつ長手軸線を有する出口と、を有しており、複数の溝が、導管の内表面に形成され、該溝は、長手軸線と同じ向きに延びていることを特徴とするサイクロン式分離装置を提供する。

（渦ファインダーを形成する）導管の内表面に溝を設けることは、少なくとも、溝は存在していないが他の全ての点で同一のサイクロン式分離装置と比較した場合に、使用中に装置によって生成されるノイズの量を減少させる効果を有している。さらにまた、溝が、従来技術に示された上述の羽根によって製造されたものと同様にして、導管を通過する空気流の圧力回復を生じさせることが分かっている。しかしながら、有利なことに、導管の内表面に単純な長手方向の溝を設けるコストは、前記羽根を設けるコストよりもかなり低くなりそうである。

溝を設けたことによって得られる特にノイズに関する利点を観察できた理由は、完全にはよく理解されていない。空気流が装置を通過して出るときに、溝の存在が導管における内部渦の前進に干渉し、したがってこれらの渦によって生成されるノイズの量を減少させているのかもしれないことが考えられる。しかしながら、他の説明が後日発見されるかもしれない。

好ましくは、溝が、導管の長さの少なくとも４分の１に、より好ましくは、導管の長さの少なくとも半分に、さらに好ましくは、導管の全長にわたって延びている。溝は、好ましくは形状が三角形および矩形とされる横断面において、全て同一形状であることが好ましい。

好ましい実施例において、隣接する溝同士は、導管の内表面の一部分によって互いに離間している。好ましくは、導管の内表面の一部分が、円筒面上に位置している。より好ましくは、各溝の幅が、該溝に隣接する内表面の各一部分の幅よりも小さいか、あるいは略同一である。

最適な溝の数は、少なくとも８本、より好ましくは１２本と考えられているが、有利な効果は、わずか４本の溝でも観察された。また、導管の最下端部に丸みを有する外側縁部を設けたときに、さらに有利な効果が観察された。

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しつつ説明する。

本発明によるサイクロン式分離装置は、図１に概略的に示されている。装置１０は、一般にサイクロン本体１２を備えており、該サイクロン本体１２は、入口１４と、出口あるいは渦ファインダー２０と、を有している。サイクロン本体１２は、ここでは、上方円筒状部分１２ａと、該円筒状部分１２ａから離れるのにしたがいテーパ状に先細りとなる下方截頭円錐状部分１２ｂと、を有するものとして示されている。截頭円錐状部分１２ｂは、収集器（図示せず）に連通する円錐開口部１２ｃで終端している。しかしながら、サイクロン本体はまた、全体として円筒状に、全体としてテーパ状に、あるいは外方側へテーパ状にすることさえできることは言うまでもない。さらに、円筒状部分に対するテーパ部分の長さは、図１に図示されたものから変化してもよく、テーパ角度も同様である。サイクロン本体１２の正確な形状は、本発明にとって重要ではない。

入口１４は、ここでは、サイクロン本体１２に対して略接線方向に位置するように図示されている。しかしながら、代替の入口構成を設けることもできる。必要な全てのことは、入ってくる流体が、サイクロン本体１２内において、そこに渦が形成されることにより、渦巻くようにして移動させられることである。接線方向の入口１４は、例えば螺旋状羽根（図示せず）などの必要な渦を生じさせるためのさらなる手段と一緒に、半径方向あるいは軸線方向の入口によって置き換えることができる。入口１４は、単純なパイプとして形成され、サイクロン本体１２の上端部で該サイクロン本体１２の内部に連通している。渦ファインダー２０はまた、一般に単純なチューブとして形成され、導管を形成しているが、渦ファインダー２０の構成のさらなる詳細は、以下で説明される。渦ファインダー２０は、サイクロン本体１２の上端部において、つまり入口１４と同一の端部において、該サイクロン本体１２の中央に位置決めされている。

上述したタイプのサイクロン式分離装置１０の動作は、よく理解されている。随伴する物質を有した流体（真空掃除機の場合、これは、汚れ、ホコリ、および破片を随伴する空気流である）は、入口１４を介してサイクロン本体１２に入る。入口１４は、流体がサイクロン本体１２の内部で渦巻いてそこに渦を形成するように構成されている。流体流れに随伴される物質は、流体から分離されて、サイクロン本体１２の下端部へ落下し、また、円錐開口部１２ｃを介してサイクロン本体１２を出て、収集器（図示せず）へ落下する。もし円錐開口部あるいは収集器が設けられていないならば、分離された物質が、サイクロン本体１２の内側にその下端部において収集されてもよい。

その一方で、物質が分離された流体は、サイクロン本体１２の長手軸線１６に向かって内方側へ通過し、渦ファインダー２０を介して装置１０を出る。流体は、装置１０を出るときには非常に高い角速度でまだスピンしており、スピンしている流体が渦ファインダー２０を通過するのにしたがい、かなり大きな量のノイズが生成される。

比較のため、周知の従来技術による渦ファインダー１８が、図２に示されている。周知の渦ファインダー１８は、中空円筒状の形状を有し、平滑な外壁および内壁１８ａ，１８ｂを有している。

図３、４ａおよび４ｂは、図１に示される装置の渦ファインダー２０をより詳細に示している。渦ファインダー２０は、一般に形状が円筒状であり、好ましくは、導管を形成するようにプラスチック材料から成形されている。円筒状壁２２は、外表面２２ａおよび内表面２２ｂを有している。外表面２２ａは、円筒状である。内表面２２ｂは、そこに形成された複数の溝２４を有している。溝２４は、形状が三角形であり、内表面２２ｂから外表面に向かって延びている。示された実施例では、１２本の溝２４が、渦ファインダー２０の長手軸線２６に関して等しく間隔をあけている。各溝２４は、他の溝２４に対して寸法が同一であり、渦ファインダー２０の全長に沿って延びている。

図４ｂから分かるように、各溝の幅ｂは、その深さｄよりも大きい。図４ａから分かるように、各溝２４は、内表面２２ｂの一部分により、分離され、隣接する溝２４から離間している。溝２４を分離する内表面２２ｂの上記一部分が、円筒面上に位置している。各溝２４の幅ｂは、その両側における内表面２２ｂの上記一部分の幅Ｂと略同一である。

図５ａ、５ｂおよび５ｃは、本発明によるサイクロン式分離装置に適した代替の渦ファインダーを示している。図５ａに示された渦ファインダー１２０は、溝１２４が横断面で三角形をなす代わりに矩形をなしていることを除いて、図３、４ａおよび４ｂに示されたものと非常に類似している。前述のように、各溝１２４の深さは、その幅よりも小さく、各溝の幅は、その両側における内表面１２２ｂの一部分の幅と略同一である。前述のように、１２本の溝１２４が、渦ファインダー１２０の長手軸線１２６に関して等しい角度をなすように間隔をあけている。

図５ｂに示された渦ファインダー２２０は、図５ａに示された渦ファインダー１２０とは、１２本の溝に代えて８本の溝が設けられている点のみにおいて異なっている。溝２２４は、軸線２２６に関して等しい角度をなすように間隔をあけている。隣接する溝同士の間の内表面２２２ｂの一部分の幅は、したがって溝２２４自体の幅よりも大きい。図５ｃに示された実施例では、渦ファインダー３２０の内表面３２２ｂに設けられた溝３２４の数が、４本まで減少している。隣接する溝同士の間の内表面３２２ｂの一部分の幅は、したがって溝３２４自体の幅よりもさらに大きい。

図６ａは、図５ｂに示された渦ファインダー２２０の長手方向断面図である。見ることができるように、溝２２４は、渦ファインダー２２０の全長に沿ってその軸線２２６と平行に延びている。図６ｂは、本発明のさらなる代替実施例を示しており、溝４２４が、渦ファインダー４２０の長さＬの約半分の距離Ｌ１で、渦ファインダー４２０に沿って延びている。図６ｃは、本発明のさらに他の実施例を示しており、溝５２４が、渦ファインダー５２０の長さＬの約４分の１の距離Ｌ２で、渦ファインダー５２０に沿って延びている。各場合において、溝４２４，５２４は、それぞれの渦ファインダー４２０，５２０の上流側端部に位置している。

図６ｄは、図５ｂおよび６ａに示された渦ファインダー２２０に対する変更を示しており、渦ファインダー２２０の上流側端部が、外表面２２２ａにアールｒを有している。この変更は、前述した実施例のいずれに対しても適用されることができる。アールｒは、各溝２２４の最も外側の末端が、溝２２４の最も内側の末端とは異なる平面内で終端することを確実にするため、十分に大きい。

図７は、図３、４ａおよび４ｂに示されたものに類似する、さらなる代替の渦ファインダー６２０を示している。渦ファインダー６２０は、前述の図面に示されたものとは、溝６２４が溝２４よりも大きいという点において異なっている。これは、溝６２４同士の間の内表面６２２ｂの一部分の幅を減少させる効果を有しており、溝６２４同士の間の内表面６２２ｂの一部分の幅が溝６２４自体の幅よりも小さくなるようにする。内表面６２２ｂの一部分の幅を溝６２４の幅よりも小さくすることにより、少なくともノイズ減少に関するサイクロン式分離装置の性能が改善されることを、実験が示している。

また、小さな峰あるいは突起が溝２４の少なくとも一方の縁部に沿って形成されているならば、ノイズを減少させることのできる量が増大することも分かっている。図８は、溝２４の各側に図示された２つの代替の突起２５ａ，２５ｂを示している。図８において溝２４の右に配置された突起２５ａは、形状が略三角形とされており、直線状の側部と鋭利な頂部とを有している。図８において左に配置された突起２５ｂは、外形が略円形とされている。各突起２５ａ，２５ｂは、内表面２２ｂから外方側へ軸線２６に向けて延び、かつ溝２４の長さに沿って延びている。しかしながら、突起が、溝２４に沿って一部分のみに延びていてもよいこと、また、一方の突起２５ａ，２５ｂのみが各溝２４に隣接して設けられていてもよいことが想定される。さらにまた、類似のノイズ減少効果は、渦ファインダー２０の内表面２２ｂに設けられたいくつかの溝２４のみに隣接する突起２５ａ，２５ｂを設けることによっても得られることがある。

図９ａ、９ｂおよび９ｃは、本発明によるサイクロン式分離装置を有利に用いることができる３つの異なるタイプの真空掃除機を示している。図８ａに示されたシリンダ型の真空掃除機は、直列的に配置された２つの単一のサイクロン３２，３４を組み込んでおり、その一方が他方の内側に配置されている。本発明は、内部サイクロン３４に関して最も優れた利点をもたらすように利用されることが想定される。図８ｂおよび８ｃは、シリンダ型および直立型の真空掃除機をそれぞれ示しており、そのそれぞれにおいて、単一の上流側サイクロン３６に、並列的に配列された複数の下流側サイクロン３８が続いている。本発明は、いくつかあるいは全ての下流側サイクロン３８に関して使用された場合に、最も大きな利点を有することが予期される。

従来の円筒状の渦ファインダーを、その長さの少なくとも一部分に沿って延びる長手方向の溝を有する渦ファインダーと交換することにより、サイクロン式分離装置によって生成されるノイズが、少なくとも真空掃除機に使用された場合に、減少することが分かっている。さらにまた、溝は、空気流がサイクロン式分離装置を出るときの該空気流におけるかなりの量の圧力を回復させることができるようである。これは、真空掃除機によって得ることが可能なエアワットを増大させ、掃除機のピックアップ性能に対して有利な効果をもたらすという点において、消費者にとって非常に大きな利点を有している。

本発明は、添付図面に示された実施例の正確な細部に限定されるものではない。修正および変更が、当業者にとって明らかである。例えば、溝は、渦ファインダーの長手軸線に関して正確に等しい角度をなすように間隔をあけている必要はない。設ける溝の数を変化させることができるし、それらの形状を矩形あるいは三角形以外にすることもできる。

本発明によるサイクロン式分離装置の概略側面図である。 従来技術による渦ファインダーの斜視図である。 図１のサイクロン式分離装置の一部を形成する渦ファインダーの斜視図である。 図３の渦ファインダーの拡大断面図である。 図４ａの拡大詳細図である。 図４ａに類似する、第１の代替例による渦ファインダーの断面図である。 図４ａに類似する、第２の代替例による渦ファインダーの断面図である。 図４ａに類似する、第３の代替例による渦ファインダーの断面図である。 図５ｂに示された渦ファインダーの長手方向断面図である。 図６ａに類似する、第４の代替例による渦ファインダーによる長手方向断面図である。 図６ａに類似する、第５の代替例による渦ファインダーの長手方向断面図である。 図６ａに類似する、第６の代替例による渦ファインダーの長手方向断面図である。 図４ａに類似する、第７の代替例による渦ファインダーの断面図である。 図４ａに示された渦ファインダーの詳細図である。 本発明によるサイクロン式分離装置を利用してもよい真空掃除機を示す図である。 本発明によるサイクロン式分離装置を利用してもよい真空掃除機を示す図である。 本発明によるサイクロン式分離装置を利用してもよい真空掃除機を示す図である。

符号の説明

１０ サイクロン式分離装置
１２ 分離チャンバ、サイクロン本体
１４ 入口
１６，２６，１２６，２２６，３２６ 長手軸線
２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０ 出口、渦ファインダー
２２ｂ，１２２ｂ，２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ，５２２ｂ，６２２ｂ 内表面
２４，１２４，２２４，３２４，４２４，５２４，６２４ 溝

Claims (22)

1. 固体物質を流体から分離するためのサイクロン式分離装置において、
   分離チャンバと、固体物質を随伴する流体を前記分離チャンバに運び入れるために前記分離チャンバに連通する入口と、固体物質が分離された後に流体を前記分離チャンバから運び出すための出口であって、前記分離チャンバの内部に連通する導管によって形成されて長手軸線を有する出口と、を有しており、
   複数の溝が、前記導管の内表面に形成されて、前記長手軸線と同じ向きに延びており、
   前記溝が、前記導管に沿ってその長さの少なくとも４分の１に延びていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
2. 請求項１に記載のサイクロン式分離装置において、
   前記溝が、前記長手軸線と略平行に延びていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
3. 請求項１に記載のサイクロン式分離装置において、
   前記溝が、前記導管に沿ってその長さの少なくとも半分に延びていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
4. 請求項３に記載のサイクロン式分離装置において、
   前記溝が、前記導管の略全長に沿って延びていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
   各溝が、他の溝と同一であることを特徴とするサイクロン式分離装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
   各溝は、形状が三角形であることを特徴とするサイクロン式分離装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
   各溝は、形状が矩形であることを特徴とするサイクロン式分離装置。
8. 請求項６または７に記載のサイクロン式分離装置において、
   各溝の深さが、各溝の幅よりも小さいことを特徴とするサイクロン式分離装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
   隣接する溝が、前記導管の内表面の一部分によって互いに離間していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
10. 請求項９に記載のサイクロン式分離装置において、
    各溝の幅が、前記溝に隣接する前記内表面のいずれの一部分の幅よりも大きいことを特徴とするサイクロン式分離装置。
11. 請求項９に記載のサイクロン式分離装置において、
    各溝の幅が、前記溝に隣接する前記内表面のそれぞれの一部分の幅と略同一であることを特徴とするサイクロン式分離装置。
12. 請求項９〜１１のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
    前記導管の内表面の一部分が、円筒面上に位置していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
    前記溝が、前記長手軸線に関して等しい角度をなすように間隔をあけていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
    少なくとも４本の溝が設けられていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
15. 請求項１４に記載のサイクロン式分離装置において、
    少なくとも８本の溝が設けられていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
16. 請求項１５に記載のサイクロン式分離装置において、
    少なくとも１２本の溝が設けられていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
    前記導管の上流側端部には、前記溝の最も外側の末端が当該溝の最も内側の末端とは異なる平面内に位置するようにアールが付けられていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
    少なくとも１つの内方側へ突出する突起が、前記溝のうちの少なくとも１つに隣接して設けられていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
19. 請求項１８に記載のサイクロン式分離装置において、
    内方側へ突出する突起が、１つまたは複数のそれぞれの溝の両側に設けられていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
20. 請求項１８または１９に記載のサイクロン式分離装置において、
    前記内方側へ突出する突起が、１つまたは複数のそれぞれの溝の全長に沿って延びていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
21. 請求項１８〜２０のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
    各溝が、その両側に設けられた突出部を有していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
22. 請求項１〜２１のいずれかに記載のサイクロン式分離装置を組み込んでいることを特徴とする真空掃除機。

Images