JP6130343B2 - 積み重ね式サイクロンを具備するサイクロン式分離器 - Google Patents

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Description

本発明は、積み重ね式サイクロンを具備するサイクロン式分離器に関する。
サイクロン式分離器を利用する真空掃除機はよく知られている。一般に、サイクロン式分離器は、第1のサイクロン段と、第1のサイクロン段の下流に位置する第2のサイクロン段とを備えている。より大きい塵埃を除去するようになっている第1のサイクロン段は、一般に、比較的大きいサイクロンチャンバを備えており、第1のサイクロン段を通過可能なより小さい塵埃を除去するようになっている第2のサイクロン段は、並列に接続されている多数のより小さいサイクロン本体を備えている。
より小さいサイクロン本体は、通常、サイクロン式分離器の長手方向軸線の周りに環状に配置されている。単一の比較的大きいサイクロンの代わりに、複数の比較的小さいサイクロンを並列に設けることによって、第2のサイクロン段の分離効率(すなわち、空気流中に含まれる粒子を当該空気流から分離する能力)が高められる。このことは、より小さいサイクロン本体の内部で発生する遠心力が大きくなり、これにより塵埃粒子が空気流から取り出されることに起因する。
並列配置されたサイクロンの数量を増やすことによって、分離効率がさらに高められる。しかしながら、サイクロン本体が環状に配置された場合には、これにより、サイクロン式分離器の外径が大きくなることに伴って、真空掃除機の大きさも大きくなるので好ましくない。このような肥大化は、サイクロンそれぞれの大きさを小さくすることによって改善可能とされる。しかしながら、サイクロン本体の大きさを小さくするとしても限度がある。サイクロンが非常に小さくなると、流路が急速に阻害される場合があり、真空掃除機中を流れる空気の流速ひいては清浄効率にとって有効ではない。
サイクロン式分離器の外径を大きくすることなく、サイクロン式分離器のおけるサイクロン本体の数量を大きくするために、近年の傾向として、サイクロン本体が2段以上に積み重ねられている。このような構成は、特許文献1に開示されている。
英国特許第2475313号明細書
サイクロン本体は、2段以上に積み重ねられた場合であっても、並列配置された状態で接続されている。空気をすべてのサイクロン段に到達させるために、導管系統又はダクト系統が、第2のサイクロン段の内部に配設されている。例えば、図1は、空気をサイクロン本体10に輸送するための一式の導管16,18とサイクロン本体10から空気を輸送するためのさらなる一式の導管20とを具備する、既知の構成に従って積み重ねられたサイクロン本体10の概略図である。下段L及び上段Uから成る2段のサイクロン本体が設けられており、サイクロン本体10それぞれが、入口12と、出口として機能する渦巻ファインダ14とを備えている。一式の入口導管16,18が、第1のサイクロン段から第2のサイクロン段のサイクロン本体10に空気を輸送するために設けられている。これら入口導管16から成る一方の一式は、下段Lのサイクロン本体10に空気を運搬するように構成されており、導管18から成る他方の一式は、上段Uのサイクロン本体10に空気を運搬するように構成されている。従って、上段U及び下段Lのサイクロン本体10それぞれの渦巻ファインダ14は、サイクロン式分離器内において清浄された空気を次の段に輸送するための多数の出口導管20のうち一の出口導管に空気を供給する。
図1から理解されるように、導管を通じた流路が相違する。これにより、サイクロン本体10に対する空気供給が一様ではなくなる。例えば、サイクロン本体を通じる単純な流路が利用可能とされる幾つかのサイクロン本体には、空気を取り込むための曲がりくねった流路を具備する他のサイクロン本体より大きい負荷が作用している。これにより、サイクロン式分離器が効率が損なわれ、真空掃除機全体の効率も低減される。
本発明は、第1のサイクロン段と、並列配置されている複数のサイクロン本体を備えている第2のサイクロン段であって、サイクロン本体それぞれが、入口及び出口を備えており、複数のサイクロン本体が、少なくとも第1の段と第2の段とに分割されている、第2のサイクロン段とを備えているサイクロン式分離器であって、第2のサイクロン段が、サイクロン本体に共通する第1のプレナムを備えており、第1のプレナムが、第1のサイクロン段の出口から第2のサイクロン段のサイクロン本体それぞれの入口に至るまで延在している、サイクロン式分離器を提供する。
その結果として、サイクロン本体に流入する空気が単一の共通する空間から引き込まれ、サイクロン本体に対する空気供給が一層一様となる。サイクロン本体に負荷が一層一様に作用している場合には、このことは、サイクロン式分離器が塵埃を当該サイクロン式分離器を通過する空気から一層効率的に分離することの手助けとなるので、真空掃除機の効率も一層効果的になる。
第2のサイクロン段が、サイクロン本体に共通する第2のプレナムであって、サイクロン本体それぞれの出口から延在している第2のプレナムを備えている。第2のプレナムによって、サイクロン本体から流出する空気すべてを単一の共通する空間に降下させることができる。第1のプレナムに加えて、第2のプレナムを設けることによって、サイクロン本体に対する空気供給をさらに一層一様にすることができる。これにより、より高い分離効率及びより効果的な真空掃除機を実現することができる。
第2のプレナムが、第1のプレナムを囲んでいる。これにより、第1のプレナムを第2の段のサイクロン本体の入口に至るまで延在させることができると同時に、第2のプレナムを第1の段のサイクロン本体を第1の段のサイクロン本体の出口から延在させることができる。第2のプレナムが第1のプレナムを囲むように配置させることによって、第1のプレナム及び第2のプレナムの両方が、サイクロン本体それぞれに対して共通し、サイクロン式分離器の肥大化を防止することができる。
サイクロン式分離器が、第2のサイクロン段の下流に配置されているさらなる段を備えており、第2のプレナムが、サイクロン本体の出口からさらなる段に至るまで延在しており、さらなる段が、サイクロン段、フィルター段、及びサイクロン式分離器の出口を具備するチャンバのいずれかである。第2のプレナムがサイクロン本体の出口からさらなる段に至るまで延在するようにすることによって、第2のプレナムが、第2のプレナムで利用可能な最大空間を有効に活用することができるので、サイクロン本体同士の間における空気供給の負荷を一様にすることのさらなる手助けとなる。
第2のプレナム及び/又は第1のプレナムが環状とされる。これにより、プレナムをサイクロン本体の全周に到達するように周囲に延在させることができるが、同時にサイクロン式分離器の内部の他の構成部品及び段をプレナムによって囲まれている領域の内部に収容させることができる。
第1のプレナムに対する入口が環状とされる。これにより、空気を第1のサイクロン段の内周全体から第1のプレナムに取り込むことができる。このことは、サイクロン本体それぞれに対する空気供給を一様にすることの手助けとなる。
入口それぞれが、他のすべての入口と同一の大きさ及び同一の寸法とされ、出口それぞれが、他のすべての出口と同一の大きさ及び同一の寸法とされる。サイクロン本体に対するすべての入口が同一の大きさ及び同一の寸法を有している場合には、これにより、入口同士の間における差異に起因してサイクロン本体に対する負荷が一様でなくなることが解消される。互いに対して同一の大きさ及び同一の寸法を有しているすべての出口についても同様である。
さらに、本発明は、本出願において添付図面を参照しつつ説明するサイクロン式分離器を提供する。
さらに、本発明は、上述のサイクロン式分離器を具備する真空掃除機を提供する。
本発明を容易に理解可能とするために、本発明の実施例について、添付図面を参照しつつ例示的に以下に説明する。
サイクロン式分離器の積み重ねられたサイクロン本体についての既知の構成を概略的に表わす。 円筒状の真空掃除機を表わす。 真空掃除機のサイクロン式分離器を表わす。 図3に表わすサイクロン式分離器の平面図である。 図3に表わすサイクロン式分離器のサイクロン本体の概略図である。 図3に表わすサイクロン式分離器のサイクロン本体の概略図である。 図3に表わすサイクロン式分離器のサイクロン本体の概略図である。 断面A−Aにおける図3に表わすサイクロン式分離器の断面図である。 断面B−Bにおける図3に表わすサイクロン式分離器の断面図である。 図8aの一部分を表わす。 断面C−Yにおける図4に表わすサイクロン式分離器の断面図である。 断面D−Dにおける図4に表わすサイクロン式分離器の第2の断面図である。
図2は、真空掃除機22の形態をした清浄器具の外観を表わす。真空掃除機22は、一般に利用時にホース及びワンドから成る組立体26の後方において引っ張られる本体24を有している、円筒状すなわちキャニスター式とされる。図2は、シリンダー式真空掃除機を表わすが、本発明は、積み重ね式サイクロンを具備するサイクロン式分離器を備えていれば、任意の形式の真空掃除機に内蔵可能とされる。他の例としては、直立式真空掃除機や携行式真空掃除機が挙げられる。
本体24は、塵埃を空気流から分離させるためのサイクロン式分離器28とシャーシ30とを備えている。サイクロン式分離器28は、サイクロン式分離器28が少なくとも部分的にシャーシ30の内部に入れ子状に配置されるか、又はドッキングされるように、シャーシ30の内部に受容されている。汚れた空気が、ホース及びワンドから成る組立体26から入口ダクトを介して本体24の流入し、サイクロン式分離器28の内部に至る。空気流に混入した塵埃粒子は、空気流から分離され、サイクロン式分離器28の内部に保持される。その後に、清浄な空気が、サイクロン式分離器28からシャーシ30に至り、その後に、本体24の空気出口を通じて排出される。サイクロン式分離器28は、シャーシ30から取り外し可能とされるので、サイクロン式分離器28によって収集された塵埃を取り出すことができる。
図3は、サイクロン式分離器28を表わす。サイクロン式分離器28は、第1のサイクロン段32と、第1のサイクロン段32の下流に配置されている第2のサイクロン段34とを備えている。第1のサイクロン段32は、比較的大きい塵埃及び破片を取り除くようになっており、第2のサイクロン段34は、第1のサイクロン段32を通過可能とされる小さい塵埃を取り除くようになっている。ハンドル56が、サイクロン式分離器28及び本体24を装着するために、サイクロン式分離器28の頂部に設けられている。
第1のサイクロン段32は、外壁36と内壁38とシュラウド40とベース42とを備えており、外壁36と内壁38とシュラウド40とベース42とが、サイクロンチャンバ44及び第1の塵埃収集チャンバ46の両方を形成している。サイクロンチャンバ44に対する入口(図示しない)が、サイクロンチャンバ44の周りにおいて渦巻状に又は螺旋状に流れるように空気を付勢するために、略接線方向において空気をサイクロンチャンバ44の内部に導入するように形成及び配置されている。シュラウド40は、上側部分50及び下側部分52に固定されているメッシュ48を備えている。特に清浄された空気は、メッシュ48を通じてサイクロンチャンバ44から流出し、その後に第2のサイクロン段34に向かって方向づけられる。
第2のサイクロン段34は、第2の塵埃収集チャンバと、(図3に一点鎖線Y−Yとして表わされる)サイクロン式分離器28の長手方向軸線の周りに2段に配置されている複数のサイクロン本体54とを備えている。図示の第2のサイクロン段34は、2段のサイクロン本体54を備えている。しかしながら、他の代替的な実施例は、3段以上のサイクロン本体54を含んでいる場合がある。
図3は、内壁38の下側部分のみを表わすが、内壁38が、シュラウド40の下方に延在しており、第1のサイクロン段32の頂部においてサイクロン本体54のベース42に結合している。内壁38は、第2の塵埃収集チャンバとされる内部キャビティを形成している。第2のサイクロン段34によって捕集された小さい塵埃は、第2の塵埃収集チャンバの内部に収集される。第1の塵埃収集チャンバ46と第2の塵埃収集チャンバとの両方が、ベース42によって下側端部において閉塞されている。ベース42は、第1の塵埃収集チャンバ46及び第2の塵埃収集チャンバの両方を空にするために開くことができる。例えば、ベース42は、外壁36にヒンジを介して回動可能に取り付けられており、外壁36に配置されているリップに係合するキャッチによって閉位置に保持可能とされる。
図4は、サイクロン式分離器28の平面図である。図4は、第2のサイクロン段34内におけるサイクロン本体54の配置をより明確に表わすために、ハンドル56を省略している。図示の実施例は、2段のサイクロン本体54を有しているサイクロン式分離器28であって、段それぞれが、12個のサイクロン本体54を具備する、サイクロン式分離器28を表わす。サイクロン本体54は、Y−Y長手方向軸線を中心として略全周に亘って配置されている。代替的な実施例では、サイクロン本体54は、段の内部において他の態様で、例えばY−Y長手方向軸線を中心として全周に亘って配置されている。さらに、異なる数量のサイクロン本体が、第2のサイクロン段34の段の内部に設けられている場合がある。図5、図6a、及び図6bは、破線C〜Cと一致するように位置決めされているサイクロン本体54を表わす。
図5は、12個のサイクロン本体54を表わす。サイクロン本体54それぞれが、空気入口60と、渦巻ファインダの形態をした空気出口62とを備えている。サイクロン本体54それぞれの底端部は、開いており、サイクロン本体54の内部において空気流から分離した塵埃が第2の塵埃収集チャンバの内部に堆積されるように、第2の塵埃収集チャンバ(図示しない)の内部に延在している。空気流がサイクロン本体54それぞれの頂部に配置された渦巻ファインダ62を通じてのみサイクロン本体54から流出するように、第2の塵埃収集チャンバは密閉されている。第1のサイクロン段32から到達した部分的に清浄された空気流は、矢印Tとして図示されており、第2のサイクロン段34の第1のプレナム64に流入する。この第1のプレナム64は、サイクロン本体54が位置する高さに関わらず、第1のサイクロン段32の出口から第2のサイクロン段のすべてのサイクロン本体54の空気入口60に至るまで延在している。従って、第1のプレナム64は、サイクロン分離器28のすべてのサイクロン本体54に対して共通する供給口として機能する。矢印Uによって示されるように、空気流は、第1のプレナム64内部の下段Lのサイクロン本体54の周囲を通過する。そうでなければ、第1のプレナム64内部の任意の地点に位置する空気が、第2のサイクロン段34内部のサイクロン本体54のうち任意の一のサイクロン本体の内部に引き込まれる場合がある。
矢印Vは、下段Lについての入口を含む高さにおける第1のプレナム64内部の空気流経路を表わす。空気流の一部分は、下段Lのサイクロン本体C1L,C2L,C3L,C4L,C5L,C6Lの入口60に引き込まれるが、空気流の残り部分は、上段Uのサイクロン本体の入口に向かって第1のプレナム64を押し上げ続ける。下段Lのサイクロン本体に流入しなかった空気は、上段Uのサイクロン本体C1U,C2U,C3U,C4U,C5U,C6Uの入口60に引き込まれる。空気がサイクロン本体54に引き込まれるので、より多くの空気が第1のサイクロン段32から第1のプレナム64に引き込まれ、第1のプレナム64が元の位置に復帰する。
空気流がサイクロン本体54を通過する際に当該空気流は螺旋状に回転し、空気流中に含まれる塵埃が遠心力によって分離されるので、塵埃粒子を空気中から取り出すことができる。その後に、塵埃は、サイクロン本体54の底部に形成された開口部を通過し、当該塵埃は、当該開口部から第2の塵埃収集チャンバの内部に堆積される一方、空気は、渦巻ファインダ62に向かってサイクロン本体54を逆流する。
空気流が渦巻ファインダ62を通過すると、当該空気流が第2のプレナム66に流入する。第2のプレナム66は、第1のプレナム64から離隔しているが、第2のサイクロン段34のすべてのサイクロン本体54に対して共通している。第2のプレナム66は、サイクロン本体54それぞれの出口からサイクロン式分離器28のさらなる段の入口に至るまで延在している。当該実施例では、さらなる段はフィルター段である。しかしながら、さらなる段は、さらなるサイクロン段又はサイクロン式分離器の出口を具備するチャンバに等しい。従って、第2のプレナム66は、すべてのサイクロン本体54からの空気が除去される際に通過する共通する空間として機能する。矢印X,Yは、下段L及び上段Uのサイクロン本体の渦巻ファインダ62から流出し、第2のプレナム66に流入する空気を表わす。
2つのプレナムを容易に見分けるために、図6a及び図6bにおいて、図5の概略図が繰り返されている。図6aでは、第1のプレナム64が第1の網掛けパターンによって強調されており、図6bでは、第2のプレナム66が第2の網掛けパターンによって強調されている。これら2つの網掛けパターンは、図面全体に亘って一様に利用されており、これにより、第1のプレナム64及び第2のプレナム66の位置を示している。
空気流は、第2のサイクロン段34を通過する際に、導管やダクトを通過する必要が無いか、又は導管やダクトを通過するように制限されない。すべてのサイクロン本体に供給される空気は、単一の共通する空間を源とするので、これにより、サイクロン本体それぞれにおいて当該空間を通過する空気量が等しくなる。図5、図6a、及び図6bは、第2のサイクロン段34を通過する空気取込経路を示す矢印を表わすが、矢印が一般的な空気流の例示を単に示すにすぎず、第1のプレナム64及び第2のプレナム66内の空気が特定の経路に従うように制限されないことに留意すべきである。
図面から理解されるように、サイクロン本体54それぞれについての空気入口60及び空気出口62は、すべての他のサイクロン本体54についての空気入口60及び空気出口62と同一である。さらに、すべての空気出口62の大きさ及び形状も同一である。結論として、優先的に空気が供給されるサイクロン本体54は存在しない。
図7は、下段Lのサイクロン本体54を通過する図3に表わす一点鎖線A−Aにおける、図3に表わすサイクロン式分離器28の断面図である。第1のプレナム64は、サイクロン本体54と内壁70との間に環状に形成されている。内壁は、空気流が第2のサイクロン段34から離れた後に通過するフィルターを内蔵しているチャンバを形成している。サイクロン本体54の入口60は、入口60が空気を第1のプレナム64からサイクロン本体54に引き込むように、第1のプレナム64に対して開口している。入口60それぞれが、第1のプレナム64に対して直接開口しているので、空気を入口60に向かって方向づけるために、ダクトや導管を必要としない。この高さでは、第2のプレナム66は全く見られない。簡便のために、図7は、上段Uのサイクロン本体54を省略している。しかしながら、実際には、第1のプレナム64は、第1のプレナム64を長手方向軸線Yに対して所定の傾斜角で貫通している上段Uのサイクロン本体54の周囲に延在している。
図8aは、図3において断面B−Bで示す上段Uのサイクロン本体54を貫通している、図3に表わすサイクロン式分離器28の断面図である。第1のプレナム64が、図示されており、内壁70の周囲に環状に形成されている。第1のプレナム64は、上段Uにおけるサイクロン本体54それぞれの入口60に至るまで延在している。さらに、第2のプレナム66も、図示されており、サイクロン本体54と第1のプレナム64との間に配置されている。第2のプレナム66は、この高さにおける断面で見ると、多数の独立した空間として露呈している。しかしながら、これら一見独立した空間はすべて、他の高さにおいて接続されており、これにより一のプレナムを形成している。図8aに表わす第1のプレナム64及び第2のプレナム66の理解を一層容易にするために、図8bは、サイクロン式分離器28を省略した状態で再現している。第2のプレナム66は、一般に第1のプレナム64を囲んでいる。
図9は、図4に表わす長手方向軸線Yと直線Cとが成す面における、図3に表わすサイクロン式分離器28の断面図のうち左半分を表わす。この断面は、サイクロン本体C6U,C6Lを直接貫通する断面である。サイクロン本体C6U,C6Lそれぞれが、渦巻ファインダの形態をした出口62を有している。サイクロン本体54の下側端部には、開口部72が形成されている。これら開口部72は、第2の塵埃収集チャンバ74の一部分を形成している環状のチャンバに対して開口している。サイクロン本体C6U,C6Lそれぞれによって分離された塵埃は、開口部72を通じて降下し、第2の塵埃収集チャンバ74の内部に移動する。シュラウド75が、第2の塵埃収集チャンバ74の外側の周囲に配置されている。シュラウド75は、多数の貫通穴を具備する壁を、例えばメッシュを有しており、第1のプレナム64に対する入口が、シュラウド75の当該壁の後方に配置されている。図9に表わす断面は、サイクロン本体C6U,C6Lの両方の内側の2つの領域において第1のプレナム64を貫通している。また、図9に表わす断面は、2箇所において、すなわち下段Lのサイクロン本体C6Lの渦巻ファインダの開口部における上段Uのサイクロン本体C6Uの外側と、上段Uのサイクロン本体C6Uの渦巻ファインダの開口部におけるサイクロン本体の上方とにおいて、第2のプレナム66を貫通している。第2のプレナム66は、サイクロン式分離器28のフィルタ段78の内部に空気を供給する最上位地点に、環状の出口76を有している。
図10は、図4に表わす断面D−Dにおけるサイクロン式分離器28の完全な断面図である。当該断面は、中心軸線C,Cにおけるサイクロン同士の間を貫通している。当該断面は、第2のプレナム66が第1のプレナム64を実質的に囲んでいる状態における、2つの独立したプレナムを明確に表わしている。図示の第1のプレナム64に対する入口が、第1のプレナム64を形成しているチャンバの最下位地点においてシュラウド75の壁の後方に位置決めされている。
特定の実施例について説明したが、本出願の特許請求の範囲に係る発明の技術的範囲を逸脱することなく、様々な変形例が実施可能であることに留意すべきである。
10 サイクロン本体
12 入口
14 渦巻ファインダ
16 導管
18 導管
20 導管
22 真空掃除機
24 本体
26 ホース及びワンドから成る組立体
28 サイクロン式分離器
30 シャーシ
32 第1のサイクロン段
34 第2のサイクロン段
36 外壁
38 内壁
40 シュラウド
42 ベース
44 サイクロンチャンバ
46 第1の塵埃収集チャンバ
48 メッシュ
50 上側部分
52 下側部分
54 サイクロン本体
60 空気入口
62 空気出口(渦巻ファインダ)
64 第1のプレナム
66 第2のプレナム
70 内壁
72 開口部
74 第2の塵埃収集チャンバ
75 シュラウド
L 下段
U 上段
Y 長手方向軸線

Claims (8)

  1. 第1のサイクロン段と、
    並列配置されている複数のサイクロン本体を備えている第2のサイクロン段であって、前記サイクロン本体それぞれが、空気入口及び渦巻ファインダの形態をした空気出口を備えており、複数の前記サイクロン本体が、少なくとも第1の段と第2の段とに分割されている、前記第2のサイクロン段と、
    を備えているサイクロン式分離器において、
    前記第2のサイクロン段が、前記サイクロン本体に共通する第1のプレナム及び第2のプレナムを備えており、前記第1のプレナムが、前記第1のサイクロン段の出口から前記第2のサイクロン段の前記サイクロン本体それぞれの前記空気入口に至るまで延在しており、前記第2のプレナムが、前記第1のプレナムを囲んでいることを特徴とするサイクロン式分離器。
  2. 前記サイクロン式分離器が、前記第2のサイクロン段の下流に配置されているさらなる段を備えており、
    前記第2のプレナムが、前記サイクロン本体の前記空気出口から前記さらなる段に至るまで延在しており、
    前記さらなる段が、サイクロン段、フィルター段、又は前記サイクロン式分離器の出口を具備するチャンバであることを特徴とする請求項1に記載のサイクロン式分離器。
  3. 前記第2のプレナムが、略環状とされることを特徴とする請求項1又は2に記載のサイクロン式分離器。
  4. 前記第1のプレナムが、略環状とされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のサイクロン式分離器。
  5. 前記第1のプレナムが、略環状の入口を有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のサイクロン式分離器。
  6. 前記サイクロン本体の前記空気入口が、共に同一の大きさ及び同一の寸法であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のサイクロン式分離器。
  7. 前記サイクロン本体の前記空気出口が、共に同一の大きさ及び同一の寸法であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のサイクロン式分離器。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載のサイクロン式分離器を備えていることを特徴とする真空掃除機。
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