JP5802269B2 - 流体清浄化のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を清浄化するための装置に関し、前記流体から濾過作用に基づいて粒子を除去するためのファルタ手段を含み、前記フィルタ手段は前記装置を使用する際に粒子を集めるための粒子収集面をもつ。

前記流体の清浄化のための装置のよく知られた応用例は、真空掃除機での応用であり、この場合前記流体は空気である。現在この分野では２つのタイプの真空掃除機が知られており、市販されている。真空掃除機の１つのタイプは集塵袋が設けられ、一方のタイプの真空掃除機には設けられておらず、サイクロンを利用して空気から塵や汚れ粒子を分離する。

集塵袋を含む真空掃除機では、２つのフィルタが使用され、大部分の前記塵及び汚れ粒子のための所謂値集塵袋と、非常に小さい粒子のための所謂ＨＥＰＡ（高効率粒子空気フィルタ）としてのフィルタである。

サイクロン真空掃除機は、操作の際に前記真空掃除機により取り込まれる空気から粒子をフィルタするための４つの部品を有し、所謂サイクロンプレセパレータ、プレセパレートグリッド、サイクロンファインダストセパレータ及びＨＥＰＡフィルタである。いくつかの部品は、サイクロンは、限定された直径範囲で十分高い質量密度を持つ粒子を濾過できるという点から適用する必要がある。広い範囲の粒子を濾過することができるためには、前記専用セパレータが必要となり、ここで
− 前記サイクロンプレセパレータが、空気からの高質量密度を持つ相対的に大粒子を分離するために使用され；
− 前記プレセパレートグリッドが、空気からの低質量密度を持つ大粒子を分離するために使用され；
− 前記サイクロンファインダストセパレータが、空気から相対的に小粒子を分離するために使用され；
− 前記ＨＥＡＰフィルタが、前記サイクロンファインダストセパレータよりも小さい空気からの粒子をも分離するために使用される。

前記プレセパレートグリッドは、サイクロンプレセパレータが、空気から、繊維、プラスチックフォーム及び紙吹雪などの低質量密度を持つ粒子を分離することができない、という事実から使用されている。しかし、グリッドの使用は、グリッドが詰まるという事実から不利である。従って、空気流抵抗が使用の間に増加し、一定の吸引力が保証され得ないこととなる。

一方では速い回転が必要であり、他方では粒子を廃棄するために遅い空気の動きが必要であることから、サイクロンは、空気量から塵と汚染粒子を分離するために空間を必要とする解決方法である。サイクロンプレセパレータ及びプレセパレートグリッドを含むユニットにおいては、前記プレセパレートグリッドに比較して、前記サイクロンプレセパレータがむしろより大きい容積を必要とする。

米国特許出願公開第２００５／１２０５１０号 欧州特許第１７７６９１２号

本発明は、真空掃除機のプレセパレータユニットのよりコンパクトな設計を実現すること、及び前記目詰りするプレセパレートグリッドの問題を解決することを目的とする。一般的用語では、本発明の目的は、流体の清浄化のための装置を提供することであり、前記装置において、コンパクトに設計されたフィルタ手段が配置され、かつ前記フィルタ手段は目詰りが防止される。

本発明によれば、前記目的は次の流体清浄化装置により達成される。前記装置は、前記流体からフィルタ作用に基づいて粒子を除去するフィルタ手段であって、前記装置の使用の間、粒子を収集するための粒子収集面を持つフィルタ手段、及び流体が存在し、前記フィルタ手段が配置されるチャンバを有し、前記チャンバはフィルタされる流体を取り入れるための入口と、フィルタされた流体を取り出す出口を有し含み、前記チャンバの入口は前記チャンバ内に突出し且つ前記フィルタされる流体を前記フィルタ手段の前記粒子収集面の方向に噴出させるように機能する、噴出部を有し、前記噴出部及び前記フィルタ手段の前記粒子収集面の互いに対する配置が、前記装置の動作の間に、前記フィルタされる流体の流れの影響下で前記チャンバ内に存在する前記流体に回転流れパターンを生成するように適合され、前記回転流れパターンは、動いている流体と前記粒子収集面との間にせん断力を作り出すように、前記フィルタ手段の前記粒子収集面の少なくとも一部により閉じ込められ、前記噴出部の中心長手方向軸で測定される前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の距離が、前記噴出部の内部直径の０．５から７倍の範囲であり、前記噴出部の前記長手方向軸に垂直な方向において、前記噴出部の前記出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の前記チャンバの少なくとも一部の断面積が、前記噴出部の断面積の少なくとも３倍大きい、装置である。

本発明は、噴出部又はノズルでの流体流れの挙動に関する知見に基づき、以下説明するように、前記フィルタ手段の自動清浄化機能を実現するものである。

本発明の装置において、前記フィルタ手段は流体が存在するチャンバ内に配置される。前記装置の実用上の実施態様では、前記チャンバ内のフィルタ手段の配置は、全ての適切な方法で実現できるものであり、留意すべきことは、ひとつの可能な方法は前記フィルタ手段を前記チャンバの一つの壁に配置することを含む。前記チャンバの入口は、前記チャンバ内に突出する噴出部を含み、これは前記フィルタされる流体を前記フィルタ手段の粒子収集面の方向に噴出させるように機能する。前記噴出部の出口側において、フィルタされる流体は前記チャンバ内に存在する周囲の流体に、前記周囲の流体の速度よりも大きい速度で流れ込む。その結果、前記流出する流体は速度を落とし、前記周囲の流体は動かされる。事実、前記流出する流体は、前記フィルタ手段の粒子収集面に向かう方向に沿って周囲の流体を取り込む。以下では簡単にするために、前記噴出部から供給されるフィルタされる前記流体は一次流れとされ、前記一次流れにより取り込まれた流体の流れを二次流れとする。

前記一次流れ及び二次流れの組み合わせが前記フィルタ手段の粒子収集面に到達すると、前記一次流れの相当量が前記フィルタ手段を通過する一方で、前記一次流れと共に運ばれる塵及び汚染粒子は前記粒子収集面上に残される水滴などの前記二次流れの成分も同様に前記フィルタ手段を通過することができる。最後に、前記出口を通って前記チャンバを出る流れが存在し、前記チャンバを出る流れの量は前記チャンバに入る流れの量に対応する。前記二次流れは、しかし、前記フィルタ手段の粒子収集面に沿って向けられており、前記流れ中に自然な回転が得られる。前記フィルタ手段の粒子収集面で、動いている流体と前記粒子収集面との間にせん断力が生成され、これは前記粒子収集面と前記一次流れの影響下で前記粒子収集面に対して押される粒子との間の摩擦力よりも大きい。その結果、前記粒子は前記二次流れに取り込まれ、前記粒子収集面には粒子がなく、常に清浄化されることとなる。前記二次流れにより、前記粒子は前記粒子を収集するための適切な位置へ方向付けられるが、そこは、例えば、以下説明されるように、前記チャンバのひとつの区画であり得る、又はその他の別のチャンバであり得る。

効果的な二次流れを得るために、前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間の距離が、前記噴出部の中心長手方向軸で測定して、ある範囲にあることが提案される。特に、上記のように、この距離が、前記噴出部の内部直径の０．５から７倍であることが好ましい。前記距離がこの範囲より小さいと、小さい寸法の二次流れのみ生じる状況が得られ、その結果前記フィルタ手段の粒子収集面のわずかな部分のみが清浄化されることとなり得る。小さい距離の場合には、前記チャンバ内に既に存在する流体成分が前記一次流れに取り込まれる機会がほとんどなく、二次流れが生じないという結果となり得る。前記距離が前記範囲より大きい場合には、前記粒子収集面に沿った速度は清浄化効果を実現するには小さすぎる状況となり、その結果前記粒子収集面は全く清浄化されない、ということとなり得る。

好ましくは、前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間の距離は、前記噴出部の中心長手方向軸で測定して、前記噴出部の内部直径の１から５倍の範囲である。より好ましくは、前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間の距離は、前記噴出部の中心長手方向軸で測定して、前記噴出部の内部直径の１．５から３倍の範囲である。

前記チャンバ又は、前記噴出部が噴出させる前記チャンバの限定部分が十分大きい場合に、前記噴出部の出口側から前記フィルタ手段の粒子収集面へ向かって前記チャンバを通る流体の流れが実際に既に前記チャンバ内に存在する流体の成分を引き連れることができるように、前記一次流れに基づき前記二次流れを得ることが可能となる。本発明によれば、前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間の前記チャンバの少なくとも一部の断面積が、前記噴出部の断面積の少なくとも３倍である場合に、十分な量の流体が保証され、ここで両方の断面積は、前記噴出部の長手方向軸に垂直に拡がる面積として定められる。好ましくは、前記チャンバの少なくとも一部の断面積は、前記噴出部の断面積に少なくとも４倍である。

完全を期するために、留意すべきことは、前記噴出部の断面積は、前記断面が円形である場合には、π＊（０．５＊前記噴出部の内部直径）^２で計算される、ということである。前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間のある位置での前記チャンバの断面積は、次に、前記チャンバの断面が円形である場合には、π＊（０．５＊ある位置での前記チャンバの内部直径）２の計算値と、前記噴出部の断面積との差を計算することで見出される。

全てにおいて、前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間の前記チャンバの少なくとも一部の断面積が、前記噴出部の断面積の少なくとも３倍大きくなるように選択されるということは、このことに基づき実際に得られる二次流れにおいてひとつのファクタであり、前記一次流れに取り込まれ、回転運動させることができる十分な流体成分が存在することを保証するものである。

留意すべきことは、噴出部の出口側とフィルタとの間の距離が、前記噴出部の中心長手方向軸で測定して、前記噴出部の内部直径の１から５倍の範囲である、知られた装置の一例が、独国特許第２６５１８９２号に開示されている、ということである。しかし、前記知られた装置の前記距離に沿った前記チャンバの一部は、一次流れに基づいて二次流れを得るためには小さすぎ、前記チャンバの一部の断面積は、前記噴出部の断面積の３倍よりも小さい。さらに、前記知られた装置の一部であるフィルタは、塵粒子を結合するための適切な試薬と共に設けられており、前記フィルタ上に前記試薬をスプレーするための手段が設けられる。前記フィルタは柔軟性材料で作成され、前記フィルタは前記フィルタを時々曲げ伸ばすことでの清浄化し、前記フィルタに付着した粒子は前記フィルタから飛び去ってさらに前記粒子を放出するためのネジ機構へ落下する。

本発明が、集塵袋のないサイクロン掃除機に使用される場合には、前記サイクロンプレセパレータは省かれ、グリッドだけがプレセパレータ機能を実行するために使用され得る。これにより、空間が節約される。さらに、上で説明した自己清浄化構成のために、前記グリッドの空気流れ抵抗は一定に維持される。

有利には、前記チャンバの入口の前記噴出部の長手方向軸は、前記フィルタ手段の粒子収集面に対して９０°からずれたある角度を持ち、前記チャンバ内で回転流れを生成するために寄与する。前記粒子収集面は、前記流れの動きの円形に対して多かれ少なかれ接線として方向付けされている。好ましくは、前記角度は２０°よりは大きく、９０°よりは小さい。

前記フィルタ手段の粒子収集面は、前記装置の通常の動作位置において、前記噴出部から見て、垂直に対して後ろ向きに傾斜付けされ得る。前記粒子収集面をそのような方向にすることで、前記粒子収集面から離される塵及び汚染粒子は前記粒子収集面の新たな位置に遭遇せず前記粒子収集面から離れるように動かされ、粒子収集面からの粒子の除去が最も効果的となる状況が可能となる。この側面において、留意すべきことは、前記粒子収集面は通常平面状の外観を持つ、ということである。

前記フィルタ手段を清浄化するさらなる選択肢は前記フィルタ手段を前記装置の動作の際に風中の旗又は帆のように振動させることである。前記フィルタ手段の機械的振動を実現することが可能であり、前記装置は、前記フィルタ手段に対して押すことで前記フィルタ手段に振動を起こさせるための手段を含む。前記振動の影響下、前記フィルタ手段の粒子収集面に付着した塵及び汚染粒子は前記粒子収集面から剥がされる。留意すべことは、フィルタユニットへ付着した塵を剥がすために真空掃除機のフィルタユニットを振動させることは、自体知られており、例えば欧州特許第１７７６９１２号に開示されている。

前記動作の際に、前記チャンバ内に存在する流体中に生成される回転流れパターンを閉じ込めるために、前記装置は、前記流れを方向づけるために適する面をもつ少なくとも１つの追加構成要素を含む。好ましくは、そのような追加構成要素の前記面は、前記フィルタ手段の粒子収集面からある距離を持って伸び、かつさらに前記粒子収集面と実質的に平行に伸びる。他の選択肢によれば、前記追加構成要素は２つのシートを含み、これらは前記フィルタ手段と三角形配置に配置され、開口部が、前記シートの一つと前記フィルタ手段の粒子収集面との間に存在し、これにより前記構成要素とフィルタ手段により定められた空間から流体と粒子を放出することを可能にする。

前記フィルタ手段は、グリッドを含むことができ、フィルタされる流体が前記グリッドを打つ角度について最適角度が存在し、前記最適角度は前記グリッドの前記開口部のサイズに関連する、ことが考えられる。前記最適角度により、前記グリッドの自己清浄化作用が最適化される。例えば、前記グリッドが実質的に０．２５ｍｍｘ０．２５ｍｍの四角開口部を含む場合、前記チャンバの入口の前記噴出部の長手方向軸と前記フィルタの粒子収集面との間の最適角度は実質的に３０°である。留意すべきことは、前記グリッドの開口部は、任意の適切なサイズ及び形状を持ち得ることであり、四角開口部が必須であるものではない。前記開口部はまた、例えば、円形又は長方形又は三角形状であり得る。いずれにしても、前記グリッドの水力直径サイズの実用上の値は０．２５ｍｍである。

前記装置の動作の間、前記チャンバ内に存在する流体中に生成される回転流れパターンから粒子を受容し、粒子を収集するために、前記装置内に第２のチャンバが存在してもよく、前記第１のチャンバ及び第２のチャンバが分離されたチャンバであり、お互いに少なくとも２つの通路を通じて連通し、前記チャンバが互いに連通する前記通路の一つが、前記フィルタ手段が位置する前記第１のチャンバの側に設けられる。前記装置の動作の間に、前記二次流れの影響下で、前記フィルタ手段を通過できない粒子は前記フィルタ手段の粒子収集面に沿って動かされる。ある瞬間で、これらの粒子は、前記フィルタ手段の近くに存在する前記通路に到達し、前記第１のチャンバから前記通路を通って前記第２のチャンバへ移送される。特に、前述のような前記粒子の移送は、抵抗力として作用する前記二次流れの小成分の影響下で生じ、前記粒子を前記第２のチャンバ内へ引っ張りこむ。前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の粒子収集面との間の、前記噴出部の中心長手方向軸で測定された前記距離が前記噴出部の内部直径の０．５から７倍の範囲であるということは、十分に強くかつ前記粒子の移送を可能にするに十分大きい二次流れを得ることを可能にする、一つのファクタである。

前記第１及び第２のチャンバを含む前記装置の実用上の実施態様では、前記粒子は、重力の影響下で前記第２のチャンバ内に落ち着く。この理由のため、前記第２のチャンバ内では穏やかなかつ予想可能な流体の流れであることが推奨される。この観点で、前記粒子を前記第２のチャンバへ移送するために使用される流体の流れは、前記第２のチャンバを穏やかに出ることが好ましい。このことは、互いに連通する前記通路の他の一つが、フィルタされる流体を前記チャンバに導入する前記入口が設けられる前記第１のチャンバの側に設けられる場合に達成され得る。留意すべきことは、この場合、流体の再流入する流れの前記二次流れとの干渉が非常に好適に防止でき、前記二次流れがなお、前記フィルタ手段の粒子収集面を清浄化する最大の効果を持つ、ということである。好ましい可能性によれば、フィルタ材料は、軽い粒子が前記第２のチャンバから出る流体の流れで移送されることを防止するために使用される。さらに、他の好ましい可能性によれば、前記第２のチャンバが、前記チャンバが互いに連通する前記２つの通路へ開口している２つの位置の間の距離が、粒子が前記第２のチャンバへ入る位置での粒子の保持を防止するため、できるだけ大きい。

留意すべきことは、前記フィルタ手段は、お互いに近接距離で拡がるフィルタ材料の２つの層を含み得る、ということである。前記フィルタ手段がフィルタ材料を含む場合、前記粒子収集面上の第２の流れの清浄化作用は、粗フィルタ材料について好適に作用する。密フィルタ材料が使用される場合は、密フィルタ材料上ではより大きい圧力低下が起こるということによってもたらされる、前記面に対して粒子を保持する力と、前記面から粒子を除去する力との比が増加するため、前記粒子は前記粒子収集面から容易に除去されない。１つの層は粗フィルタ材料を含み、他の層は密フィルタ材料を含み、前記粗フィルタ材料の層を前記フィルタ手段の前記二次流れのある側に設けた、２つのフィルタ材料層を使用することで、前記フィルタ手段にわたり徐々に圧力低下が生じる一方前記小さい粒子を補足するための機会も存在することから前記二次流れの清浄化機能がなお効果的である、ということが達成され得る。

本発明は多くの応用を含み、真空掃除機への応用も含む。他の実用上の例には、前記フィルタされる流体が水の場合に水の清浄化のための装置、ビールから酵母菌粒子をフィルタするための装置への応用が含まれる。

一般的に、本発明はプロセス工業への応用に非常に適しており、本発明を適用することで、通常はフィルタを清浄化するためにバッチ式で実行される必要のあるフィルタプロセスを、連続式することが可能である。

本発明のこれまで説明してきた側面及び他の側面は、自己清浄化グリッド及びこのグリッドが設けられたチャンバを持つ真空掃除機のプレセパレータユニットであり、前記チャンバの空気入口が前記チャンバ内に突出する噴出部を含むプレセパレータユニットにつき、以下の詳細な記載に基づき明らかとなり、理解されるものとなる。

以下本発明は図面を参照して詳細に説明される。図面において等しい又は類似する部品は同様に符号が付されている。図中、動作中に前記プレセパレータユニットで生じる空気流は矢印で示される。
図１は、真空掃除機で使用される、本発明によるプレセパレータユニットの第１の実施態様の断面を図式的に示す。 図２は、真空掃除機で使用される、本発明によるプレセパレータユニットの第１の実施態様の断面を図式的に示す。 図３は、図１及び図２に示される前記プレセパレータユニットでの第１のタイプの追加構成要素の適用を示す。 図４は、図１及び図２に示される前記プレセパレータユニットでの第２のタイプの追加構成要素の適用を示す。 図５は、真空掃除機で使用する、本発明によるプレセパレータユニットの第２の実施態様の断面を図式的に示す。 図６は、真空掃除機で使用する、本発明によるプレセパレータユニットの第３の実施態様の断面を図式的に示す。 図７は、フィルタ材料の２つの層を含むフィルタの本発明によるユニットでの可能な使用を示す。

図１及び図２は、プレセパレータユニット１を示し、これは、真空掃除機、特に集塵袋のないサイクロン真空掃除機への使用が意図されており、従来のサイクロンセパレータ及びプレセパレートグリッドとの組み合わせと交換するために適したものである。示されるように前記プレセパレータユニット１は、本発明による流体清浄化のための装置の一例であり、他の実施態様でも可能であり、かつ真空掃除機以外の他の分野、例えば水又はその他の液体の分野において使用するように適合化され得る。また、本発明による前記装置は、電気製品の従来の空気フィルタの代わりに使用され得る。

前記プレセパレータユニット１はチャンバ１０を含み、これは、前記ユニット１が設けられ得る前記真空掃除機により吸引されて塵及び汚れ粒子で汚染された空気を取り込むための入口１１を持ち、及び、清浄化された空気、即ち前記粒子が含まれない空気を排出させるための出口１２を持つ。特に、噴出部２０又はノズルが、前記チャンバ１０の前記入口１１に設けられ、これは前記汚染空気を前記チャンバ１０へある速度で供給するようにされる。

前記チャンバ１０の内部に、グリッド３０が、前記空気をフィルタするために設けられている。グリッド３０はあるサイズの穴を持つことはよく知られており、前記穴は、空気が通過するために十分大きく、かつ前記穴は粒子の通過を阻止するために十分小さい。前記グリッド３０は前記粒子を集めるための粒子収集面３１を持つ。図示される例では、前記粒子収集面３１は、前記噴出部２０の長手方向軸、即ち空気流が前記チャンバ１０へ供給される方向に関してある角度、約４５°で伸びている。いずれにしても、前記角度が９０°よりも小さい場合には有利である。また、前記角度が２０°より大きい場合には有利である。

前記プレセパレータユニット１が動作される場合に、汚染空気が前記チャンバ１０へ、ある速度で、前記噴出部２０を通じて吹きこまれる。前記チャンバ１０へ空気が流入することは、前記チャンバ１０にすでに存在している空気に抗力を与える。この力の影響下で、ひとつの流れが前記空気中で得られるが、これは二次流れとして示され、前記噴出部２０からの空気の流れは一次流れと示される。

前記二次流れの方向は、前記グリッド３０の存在により影響を受ける。前記グリッド３０の粒子収集面３１の位置及び方向は、前記二次流れを前記チャンバ１０内部で回転流とさせ、これは前記粒子収集面３１の上を通過し、前記グリッド３０上に付着された粒子を前記グリッド３０上を滑らせ前記グリッド３０から剥がす影響を持つ抗力を生成する。この方法で、前記グリッド３０が目詰りしない結果として自己清浄化機能が前記チャンバ１０内で得られることとなる。

従って、前記グリッド３０は前記一次空気流れ内に設けられ、これはグリッド３０を通過し、粒子が前記グリッド３０上に残され、そこで二次流れがグリッド３０に沿って生成され、これが前記グリッド３０から粒子を除去することで前記グリッド３０を清浄化する機能を持つこととなる。このことは、前記グリッド３０の粒子収集面３１に実質的に平行にされた、前記二次空気流れから生じる力が、前記粒子及び前記粒子収集面３１との摩擦力、主に前記一次空気流れからの力により決まる摩擦力よりも大きい場合には、実際に生じることである。

前記グリッド３０から剥がれた粒子は前記二次空気流れに取り出され、前記粒子を収集するように適合された前記チャンバ１０の区画１３へ落ちる。

前記グリッド３０の粒子収集面３１の自己清浄化機能を保証するために、前記噴出部２０の出口側と前記グリッドの粒子収集面３１との間の距離は、前記噴出部２０の内部直径の０．５から７倍となるように選択される。図２は、基本的には図１と同じであり、上で説明した前記距離について説明することが意図され、図２で文字Ｌで示される。前記噴出部２０の内部直径は図２に、文字Ｄｓとして示される。また、前記噴出部の中心長手方向軸が一点鎖線で示され、参照符号２１で示される。

前記噴出部２０の出口側と前記グリッド３０の粒子収集面３１との距離Ｌが、前記噴出部２０の中心長手方向軸２１で測定されて、上記の範囲である場合には、前記二次流れが、前記グリッド３０の粒子収集面３１の大部分を清浄に保つために十分強く、かつ十分大きくなることが達成される。前記粒子収集面３１に沿う空気の速度は、上記距離Ｌが増加すると減少し、前記距離のある最大値で前記望ましい清浄化効果を得るには低すぎるようになるが、これが前記範囲の外側の値であり、前記範囲の最高の値よりも大きい値である。一方で、前記距離Ｌに比較的小さい場合には、前記二次流れと実際に接触する前記粒子収集面３１の部分が相対的に小さくなり、前記一次流れがチャンバ１０内の空気部分を押して前記第１の位置で前記二次流れを生成するためには十分な機会を持たなくなる。清浄化空気流の対象となる前記粒子収集面３１の部分は、前記距離Ｌが減少すると減少し、前記距離Ｌのある最小値であまりにも小さくなるが、この値が前記範囲の外側であり前記範囲の最小値よりも小さい値である。また、距離Ｌが相対的に小さい場合には二次流れが得られず、チャンバ１０内の空気部分が前記一次流れに沿っての動きが制限されるか、又は事実上なくなる場合には、特にそうである。

完全を期すために、留意すべきことは、距離Ｌを決定する目的で、実際の状況では噴出部２０はある種のチューブであることが仮定されている、ということである。前記チューブは、その長さにわたり一定の内部直径を持ち得るが、しかしこのことは本発明の範囲において必須ではない。前記チューブが異なる内部直径を持つ少なくとも２つの区分を持つ場合には、前記チューブの１つの出口側での区分は実際には前記噴出部２０を構成するとみなすことができ、そのような場合には、前記噴出部２０により出される流体の流れが同じ直径を持つと予測できるかぎりにおいて、前記出口側でのチューブの前記内部直径が、前記距離Ｌについて適切な範囲を決める目的のために使用されることができる。事実、前記流体の流れの直径は、前記決定因子であり、チューブがその端部近くで拡がる場合に、前記チューブの端部部分が流体の流れが前記チューブを出る前同様に拡張するために十分長い場合には前記端部での直径のみが適用され得るという事実を考慮して当業者により任意のチューブの形状から導くことが可能である。

好ましくは、前記距離Ｌは、前記噴出部２０の直径Ｄｓの１から５倍の範囲であり、より好ましくは距離Ｌは前記噴出部２０の直径Ｄｓの１．５から３倍の範囲である。

前記二次空気流を得る目的で、前記噴出部２０の出口側と前記グリッド３０の粒子収集面３１との間の前記チャンバ１０の部分での空気が十分な量存在する必要があり、それにより十分な空気が前記回転流れパターンを実現するために利用される。本発明によれば、これは、前記噴出部２０の出口側と前記グリッド３０の粒子収集面３１との間の前記チャンバ１０の少なくとも一部分の断面積は、前記噴出部２０の長手方向軸２１に垂直方法での前記噴出部２０の断面積の少なくとも３倍大きい場合である。前記噴出部２０の断面積は、断面領域が円形と仮定して、次の式：π＊（０．５＊Ｄｓ）^２で計算され得る。

さらに、前記噴出部２０の断面積を含む前記チャンバ１０の位置部分の断面積を計算することが可能である。図２には、前記噴出部２０の出口側でのチャンバ１０の一部分の直径であって、前記噴出部２０の内部直径Ｄｓを含む直径がＤｃで示される。前記噴出部２０の断面積を含む前記チャンバ１０の断面積は、前記断面が円形であることを仮定して、次の式：π＊（０．５＊Ｄｃ）^２で計算できる。前記チャンバ１０の実際の断面積は次に、この式の結果と前記噴出部２０の断面積の値の間の差を計算することで得られる。図２に示される例で明らかなことは、前記チャンバ１０の断面積は噴出部２０の断面積よりも数倍、さらに３又は４倍よりも大きく、従って前記噴出部２０の出口側と前記グリッド３０の粒子収集面３１との間には前記二次空気流れを形成するために十分な量の空気が利用可能となる、ということである。

前記グリッド３０は、フィルタ材料と交換可能である。この場合には、比較的大きい粒子はフィルタから吹き飛ばされるが、比較的小さい粒子が前記フィルタに目詰りする恐れがある。小さい粒子をフォルタから除去する可能な方法は、フィルタを風の中で旗や帆のように振動させること、又は前記フィルタを機械的に振動させることである。他の有用なフィルタを用いる方法は以下図７を参照して説明される。

図３には、どのようにして追加構成要素１４が前記プレセパレータユニット１で使用され、前記二次空気流れをサイズ変更するかが示され、これにより前記ユニット１はより小さくされ、かつ前記ユニット１の動作はより安定とされ得る。前記追加構成要素１４はプラスチックシート、例えば前記グリッド３０から多かれ少なかれ平行方向にある距離で伸びるプラスチックシートを含む。前記回転二次空気流れのサイズは、前記追加構成要素１４の面１５の位置により決められ、前記空気流れは前記グリッド３０の粒子収集面３１と前記面１５との間に存在する。

図４は、追加構成要素１４を前記プレセパレータユニット１で前記二次空気流れをサイズ変更するために使用する他の例を示す。この例では、前記追加構成要素１４は２つのシート１６、１７を含み、図で示されるように前記ユニット１の通常の動作では、前記シート１６、１７の一つが実質的に水平方向に伸び、前記シート１６、１７の他の一つが実質的に垂直方向に伸び、それにより、前記噴出部２０の長手方向軸２１に対して水平方向と垂直方向で形成される三角形外周を持つ空間１８が、前記シート１６、１７と前記グリッド３０の一部分で定められる。前記空間１８の開口部１９が、前記水平シートと前記グリッド３０の粒子収集面３１との間に多かれ少なかれ存在する。前記装置１の動作の間、前記二次空気流れの影響で粒子収集面３１から除去された粒子は前記チャンバ１０の他の部分へ前記開口部１９を通って放出される。好ましくは、前記噴出部２０は、前記三角形状空間１８の上部又は底部で前記一次流れを供給し、それにより前記粒子収集面３１の最良の清浄化効果が予想し得る。

完全を期するために、留意すべきことは、図４で示される例はなお、前記噴出部２０の出口側と前記グリッド３０の粒子収集面３１との間の前記チャンバの少なくとも一部は、前記噴出部２０の断面積の少なくとも３倍の断面積を持ち、前記基準を満たす、ことである。前記シート１６、１７は前記チャンバ１０の幅、即ち図２の前記プレセパレータユニット１の図に垂直な寸法を区切るものではなく、十分な量の空気が前記二次空気流れを形成するために利用され得る。

前記プレセパレータユニット１は、比較的小さく、真空掃除機のハンドル内に設けることにさえ適するものである。前記ユニット１の実用上の実施態様の小さい寸法の例は次のようである：前記チャンバ１０の高さは４０ｍｍ、前記チャンバ１０の長さ、即ち前記噴出部２０の長手方向軸での前記チャンバ１の寸法は８０ｍｍ、チャンバ１０の幅は少なくとも１００ｍｍ、前記グリッド３０の面積は少なくとも１６０ｍｍ^２、グリッドサイズは２５５μｍ、前記チャンバ１０の開口部サイズは２５ｍｍ、前記粒子収集面３１が前記噴出部２０の長手方向軸に関して伸びる角度が３０°±５°、前記噴出部２０の内部直径Ｄｓが２７．６ｍｍ、及び前記出口１２の内部直径が少なくとも３５ｍｍ。

図５及び図６は、前記プレセパレータユニット１の他の実施態様を示し、それぞれ参照番号２、３で示される。前記プレセパレータユニット１で、前記グリッド３０から剥がされた粒子は前記二次空気流れに沿って運ばれ、前記粒子を収集するように適合される前記チャンバ１０の区画１３内に落ちる。しかし、上記区画１３内部に残る分離された粒子の量が増加すると、粒子のいくらかが前記二次空気流れの影響を受ける領域内に入り込み、前記二次空気流れに再度取り込まれる、という恐れが生じる。従って、これらの粒子は二度目として前記グリッド３０に到達し、前記グリッド３０の粒子収集面３１を目詰りさせ得る。前記分離された粒子の量が増加すると、同様に前記再取り込みの可能性が高くなり、前記二次空気流れ中の粒子の保持量を増加させ、前記グリッド３０の目詰りの可能性を高め、かつ圧力損失を増加させる。上記のこの不利な効果の可能性を下げるために、前記粒子収集のための領域を前記二次空気流れの存在する領域から分離することが提案される。特に、粒子収集のための分離チャンバ４０が、図５及び６で使用されている。

図５及び図６で示される前記プレセパレータユニット２及び３では、二次空気流れが動作の間に得られ、図１〜４で示された前記プレセパレータユニット１について説明した同様の方法で、前記グリッド３０の粒子収集面３１を清浄化するために使用される。前記グリッド３０を通過できない粒子は、前記回転二次空気流れにより前記粒子収集面３１に沿って下方に押される。これらの粒子が前記粒子収集面３１の端部に到達すると、それらは前記二次空気流れの小さい部分により前記粒子収集チャンバ４０へ、前記２つのチャンバ１０、４０の間を通って案内される。この側面で留意されるべきことは、前記噴出部２０の出口側と前記グリッド３０の粒子収集面３１との間の、前記噴出部２０の長手方向軸２１で測定される距離Ｌに関しては要件があり、それにより前記グリッド３０の粒子収集面３１の自己清浄化機能を実現するために十分強くかつ十分大きい二次空気流れが得られることを保証する、ということが、前記粒子を前記粒子収集チャンバ４０へ運ぶことを同様に実現するためのファクタである、ということである。

示される実施態様では、前記粒子は、重力影響で前記粒子収集チャンバ４０内に落ち着く。図５で示されるプレセパレータユニット２の実施態様では、前記粒子収集チャンバ４０内部の空気の循環は、前記チャンバ１０、４０の間の第２通路４２により防止され、これは前記グリッド３０が設けられている前記チャンバ１０の入口１１近くに設けられている。フィルタ材料４３が前記第２通路４２の入口側に配置され、前記粒子収集チャンバ４０からの空気流れに伴う軽い粒子の移動が生じないこととなる。前記粒子収集チャンバ４０に入る空気流れは前記二次空気流れの小部分であるということにより、前記フィルタ４３を通る空気流れは非常に低く、従って前記フィルタ４３上の圧力損失は低く、これは前記フィルタ４３が汚染されてもそうである。好ましくは、前記第１の通路４１が、前記グリッド３０が前記粒子収集チャンバ４０へ位置される前記チャンバ１０からの接近を与える前記位置での粒子の保持を防止するために、前記粒子収集チャンバ４０が２つの通路４１、４２へ開口する位置の間の距離はできるだけ大きくすることである。さらに、前記第２の通路４２は好ましくは、前記二次空気流れが前記再流入空気流れにより影響される位置を避けるように位置される。このことは、前記再流入空気流れが、前記グリッド３０が前記主入口１１を通って前記チャンバ１０へ供給される空気流れに平行な方向で設けられるチャンバ１０へ入ることを可能にする場合に実現され得るものであり、これは図５で示されるプレセパレータユニット２の実施態様の場合に該当する。

もし前記チャンバ１０、４０の間に１つの通路があるだけの場合には、前記空気は前記粒子収集チャンバ４０を、前記粒子収集チャンバ４０に入った同じ通路を通って出ることとなり、これは空気が入る位置近くで不安定な循環空気流れを起こすであろう。前記通路が完全に開口されると、軽い粒子は次に前記グリッド３０が設けられる前記チャンバ１０へ逆移送され得る。その結果、前記自己清浄化グリッド３０の負荷が増加しその性能が低下する。従って、前記チャンバ１０，４０の間に１つだけ通路を設ける実施態様が可能ではあるが、好ましい実施態様ではない。

粒子を直接前記粒子収集チャンバ４０へ、前記グリッド３０に到達することなく移動することも可能である。これは主に、比較的重い粒子について起こり、その重さのために前記二次空気流れに取り込まれず、下にある前記粒子収集チャンバ４０へ直接移動されることとなる。

有利には、前記第１の通路４１の断面積はその長さにわたり一定である。前記第１の通路４１が広がる場合には、グリッド３０が設けられている上部チャンバ１０へ粒子を運んで戻し得る空気流れが生成され得る。前記第１の通路４１が収束する場合には、前記空気は加速され、前記粒子収集チャンバ４０内に流入するジェット流を導き、前記収集された粒子の望ましくない拡散を生じる可能性がある。

図６はまた、プレセパレータユニット３の実施態様を示し、ユニット３は２つの分離チャンバ１０、４０を含み、１つのチャンバ１０は前記グリッド３０を設け、前記二次空気流れは前記チャンバ１０内に生成され、かつ他のチャンバ４０は粒子を収集するために使用される。この方法で、前記２つのチャンバ１０、４０が、流体力学の観点から分離される場合には、上で説明したように、前記二次空気流れが既に分離された粒子に接触することができず、前記二次流れ中で既に分離された粒子の再取り込みが防止される。

図５に示されるように前記プレセパレータユニット２の実施態様と同じく、図６で示されるプレセパレータユニット３は２つの通路４１、４２を前記チャンバ１０、４０の間に持ち、前記通路４１、４２はその長さにわたり一定の断面を持つ。この方法で、前記粒子収集チャンバ４０内部の空気循環が防止される。図６で示されるプレセパレータユニット３の実施態様では、前記グリッド３０がこのチャンバ１０の下部に設けられる代わりに、前記粒子収集チャンバ４０が前記チャンバ１０に平行して設けられる。この実施態様及び他の実施態様は、これまで説明された好ましい設計上の制約の枠内で可能である。

上で説明したように、前記グリッド３０はフィルタ材料と置換することができる。粗フィルタ材料が適用されると、前記フィルタ３０の粒子収集面３１の自己清浄化機能を実現するための手段は好ましく作用する。しかし、高密度フィルタ材料を適用すると、前記粒子は前記粒子収集面３１から容易に除去されない。この理由は、前記粒子を前記粒子収集面３１上に保持する力と前記粒子を前記粒子収集面３１から除去する力との比が、より密なフィルタ材料を使用するほど増加するからである。

前記粒子を粒子収集面３１に保持する力は２つの成分からなる。第１の成分は、前記粒子を前記粒子収集面３１へ押し付ける空気の速度の二乗に比例する力である。第２の成分は、前記フィルタ３０上での圧力低下により生じる力である。前記粒子を粒子収集面３１から除去する力は、前記粒子収集面３１に沿った前記速度の二乗に比例する。粗フィルタ材料及び密フィルタ材料の両方共、前記フィルタ材料内の及び前記フィルタ材料に沿った速度成分による力の比は同じであり、前記空気流れにより共に同じ程度で増加し及び減少する。しかし、前記圧力低下に関する力成分は、粗フィルタ材料に比べて密フィルタ材料の方がずっと大きい。これにより、密フィルタからの粒子の除去は粗フィルタからの粒子に除去よりもより難しくなる。

密な材料が使用される場合にも適切な自己清浄化機構を保証するために、前記フィルタ３０内に２つのフィルタ層３２、３３を使用することが提案され、それらは狭い空気ギャップ３４で分離され、前記２つのフィルタ層３２、３３の間になんらの完全な物理的接触がない（図７で示される）。２つのフィルタ層３２、３３が使用される場合には、前記空気流れに面する粗フィルタ層３２と、より小さい粒子をフィルタするための密フォルタ３３とを持ち、両方でフィルタ３０の適切なフィルタ機能と適切な自己清浄化機能が実現される。完全を期するために留意すべきことは、前記フィルタ３０の粒子収集面３１は前記粗生成物フィルタ層３２の外側面である。

前記フィルタ層３２、３３上の圧力は、最初の圧力から中間圧力へ、さらに最終圧力へと減少していく。前記粗フィルタ層４２に対して押される粒子は、前記初期圧力と中間圧力の差による力を受け、これは前記フィルタ材料のタイプの差により、前記中間圧力と最終圧力の差よりもずっと小さい。従って、前記粒子収集面３１に存在するより大きい粒子は前記面３１に沿って容易に動かされ、前記二次空気流れの影響で前記面３１から除去され、それにより前記面３１が清浄を維持する。

当業者に明らかなことは、本発明の範囲は、これまで説明された例に限定されるものではなく、むしろ、そのいくつかの修正及び変更もまた、以下の特許請求の範囲で定められる本発明の範囲に含まれる、ということである。本発明は図面及び記載により詳細に示され、説明されてきたが、かかる図示及び説明は、図示又は例示するだけを目的とするものであり、なんらを限定するものではない。本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。

開示された実施態様の変形例は、前記図面、記載及び添付の特許請求の範囲を参照することから、当業者により理解され、実施され得る。特許請求の範囲で、用語「含む」は、その他のステップや要素を排除するものではなく、不定冠詞「ひとつの」は複数を排除するものではない。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利には使用できない、ということを示すものではない。請求項の全ての符号は、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

完全を期するために、留意されるべきことは、本発明の範囲において、前記フィルタ手段３０の粒子収集面３１に沿った清浄流れを生成するためにモーターにより駆動されるファンなどの手段を使用することができ、そのような流体流れは、上で説明されたようにさらなるエネルギーを供給することなく生成される前記一次流れにもとづいて生成された前記二次流れに加えられる。

本発明は、次のようにまとめられる。流体を清浄化する装置１、２、３はフィルタ作用に基づき前記流体から粒子を除去するためのフィルタ手段３０を含み、これは前記装置１、２、３を使用する間に粒子を収集するための粒子収集面３１、及び流体が存在し前記フィルタ手段３１が配置されるチャンバ１０を含む。前記チャンバ１０は、フィルタされる流体を取り込むための入口１１を持ち、この入口１１は、噴出部２０を含み、これはフィルタされる流体を前記フィルタ手段３０の粒子収集面３１の方向に噴出するように作用する。前記噴出部２０及び前記フィルタ手段３０の粒子収集面３１の互いに対する配置は、装置１、２、３が動作している際に、前記フィルタされる流体の流れの影響下で前記チャンバ１０に存在する流体に回転流れパターンを生成するように適合され、前記回転流れパターンが、前記フィルタ手段３０の粒子収集面３１の少なくとも一部分で囲まれて移動している流体と前記粒子収集面３１との間にせん断力を生成する。このせん断力の影響下で、粒子は粒子収集面３１から吹き飛ばされ、前記フィルタ手段３０が清浄を維持することができる。前記回転流れパターンを実現し、前記フィルタ手段３０の粒子収集面３１の相当の部分で効果的なせん断力を実現する目的のために、前記噴出部２０の出口側と前記粒子収集面３１との間の、前記噴出部２０の中心長手方向軸２１で測定される距離Ｌが、前記噴出部２０の内部直径Ｄｓの０．５から７倍の範囲であり、好ましくは前記噴出部２０の内部直径Ｄｓの１から５倍の範囲であり、より好ましくは前記噴出部２０の内部直径Ｄｓの１．５から３倍の範囲である。前記回転流れパターンを形成するために利用できる流体の十分な量を持つために、前記噴出部２０の出口側と前記フィルタ手段３０の粒子収集面３１との間の前記チャンバ１０の少なくとも一部の断面積が、前記噴出部２０の、前記噴出部２０の長手方向軸に垂直方向での断面積よりも少なくとも３倍、好ましくは４倍大きくなるように選択される。

本発明による装置１、２、３は、従来のサイクロン分離装置及びグリッドとの組み合わせ、例えば集塵袋のないサイクロン真空掃除機のプレセパレータユニットと交換するために使用し得るものであり、これにより空間が節約できる。また、このような場合、前記装置１、２、３の自己清浄化機能により、前記空気流れ抵抗は一定に維持され、吸引力も一定に維持される。

有利には、粒子は、前記フィルタ手段３０が設けられるチャンバ１０内の外で収集され、前記粒子が前記チャンバ１０内に空気流れと共に再流入する恐れがない。実用的実施態様では、分離チャンバ４０が設けられ、前記チャンバ１０、４０がお互いに２つの通路で交流する。１つの通路４１を通じて、前記第１のチャンバ１０から第２のチャンバ４０への粒子の流れ込み、及び他の通路を通じて前記第２のチャンバ４０から前記第１のチャンバ１０へ流れる。前記粒子は前記第２のチャンバ４０内にとどまり、重力であり得る落ち着かせる力の影響でそこに落ち着く。

小さい粒子をフィルタするための密材料を使用することを望む場合には、有利には、粗フィルタ層３２及び密フィルタ層３３の両方を持ち、空気ギャップ３４で分離されたフィルタ３０を使用し、そこで前記粗フィルタ層３２が前記二次空気流れの側に設けられる。この場合には、前記フィルタ３０上に徐々に圧力低下が生じ、第１の圧力低下、即ち前記粗ファイルタ層３２上の圧力低下は、前記フィルタ３０の自己清浄化機能が適切な方法で実現されるために十分低くなることが達成される。

Claims (14)

1. 流体清浄化のための装置であり、前記装置は：
   − 前記流体からフィルタ作用に基づいて粒子を除去するフィルタ手段であって、前記装置の使用の間、粒子を収集するための粒子収集面を持つフィルタ手段、及び
   − 流体が存在し、前記フィルタ手段が配置されるチャンバであって、フィルタされる流体を取り入れるための入口と、フィルタされた流体を取り出す出口とを含む、チャンバ、を有し、
   前記チャンバの入口は、前記チャンバ内に突出し且つ前記フィルタされる流体を前記フィルタ手段の前記粒子収集面の方向に噴出させるように機能する、噴出部を有し、
   前記噴出部及び前記フィルタ手段の前記粒子収集面の互いに対する配置が、前記装置の動作の間に、前記フィルタされる流体の流れの影響下で前記チャンバ内に存在する前記流体に回転流れパターンを生成するように適合され、
   前記回転流れパターンは、動いている前記流体と前記粒子収集面との間にせん断力を作り出すように、前記フィルタ手段の前記粒子収集面の少なくとも一部により閉じ込められ、
   前記噴出部の中心長手方向軸で測定される前記噴出部の出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の距離が、前記噴出部の内部直径の０．５から７倍の範囲であり、 前記噴出部の前記長手方向軸に垂直な方向において、前記噴出部の前記出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の前記チャンバの少なくとも一部の断面積が、前記噴出部の断面積の少なくとも３倍大きい、
   装置。
2. 請求項１に記載の装置であり、前記噴出部の前記出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の前記チャンバの少なくとも一部の断面積は、前記噴出部の前記長手方向軸に垂直な方向での前記噴出部の断面積よりも少なくとも４倍大きい、装置。
3. 請求項１に記載の装置であり、前記噴出部の前記中心長手方向軸で測定される前記噴出部の前記出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の距離が、前記噴出部の内部直径の１から５倍の範囲である、装置。
4. 請求項１に記載の装置であり、前記噴出部の中心長手方向軸で測定される前記噴出部の前記出口側と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間の距離が、前記噴出部の内部直径の１．５から３倍の範囲である、装置。
5. 請求項１に記載の装置であり、前記チャンバの前記入口の前記噴出部の前記長手方向軸が、前記フィルタ手段の前記粒子収集面と、２０°より大きく９０°より小さい、ある角度をなす、装置。
6. 請求項１に記載の装置であり、前記装置の動作の間、前記チャンバ内に存在する前記流体中に生成される前記回転流れパターンをさらに閉じ込めるための面を持つ少なくとも１つの構成要素を有する、装置。
7. 請求項６に記載の装置であり、前記構成要素の前記面は、前記フィルタ手段の前記粒子収集面からある距離で、前記フィルタ手段の前記粒子収集面と実質的に平行に伸びる、装置。
8. 請求項６に記載の装置であり、前記構成要素は、前記フィルタ手段と共に三角形配置に配置される２つのシートを有し、開口部が前記シートの一方と前記フィルタ手段の前記粒子収集面との間に存在する、装置。
9. 請求項１に記載の装置であり、
   前記フィルタ手段が配置される前記第１のチャンバの他に第２のチャンバを有し、
   前記第２のチャンバは、前記装置の動作の間、前記第１のチャンバ内に存在する前記流体中で生成される前記回転流れパターンから粒子を受容し、前記粒子を収集するように適合され、
   前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバは、少なくとも２つの通路を通じて互いに連通する分離されたチャンバであり、
   それを通じて前記チャンバが互いに連通する前記通路の一方は、前記フィルタ手段が位置する前記第１のチャンバの側に配置される、装置。
10. 請求項９に記載の装置であり、それを通じて前記チャンバが互いに連通する通路の他方が、前記フィルタされる流体を前記チャンバへ入れるための前記入口が位置する前記第１のチャンバの側に設けられる、装置。
11. 請求項１に記載の装置であり、前記フィルタ手段が、互いに対して近い距離で拡がるフィルタ材料の２つの層を有する、装置。
12. 請求項１に記載の装置を含む真空掃除機であり、前記フィルタされる流体は空気である、装置。
13. 請求項１に記載の装置を有し、前記フィルタされる流体は水である、水を清浄化する装置。
14. 請求項１に記載の装置を有し、前記フィルタされる流体はビールであり、前記粒子は酵母菌粒子である、ビールから酵母菌をフィルタする装置。

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