JP6247881B2 - サイクロン式分離器 - Google Patents

Description

本発明は、真空掃除機のためのサイクロン式分離器に関する。

真空掃除機で発生するノイズを低減するための努力は継続的に行われている。多くの場合、そのような努力のターゲットはモータである。しかし、吸音の改善に関して多くの場合に見落とされる領域は、サイクロン式分離器である。

本発明は、サイクロン段と、サイクロン段からの流体がそこを通ってチャンバに入る複数のポートを含むチャンバと、複数のバッフルを含み、ポートの１つを通ってチャンバに入る流体がバッフルの１つの第１の側面と衝突し、かつポートの別のものを通ってチャンバに入る流体がバッフルのうちのその１つの第２の反対側の側面と衝突するようにチャンバに位置付けられた消音器とを含む真空掃除機のためのサイクロン式分離器を提供する。

従って、バッフルは、２つのポートからの流体が相互に衝突することを低減するように作用する。その結果、より静音のサイクロン分離器が達成される。

消音器は、円錐状本体を含むことができ、バッフルの各々は、円錐状本体から外向きに延びることができる。円錐状本体は、チャンバの長さに沿って流体を向け直すのを助ける。例えば、ポートが排気チャンバの周りに配置される場合、円錐状本体は、ほぼ半径方向からの流体をほぼ軸線方向に向け直すのを助けることができる。流体を向け直す円錐状本体の使用により、流体が消音器へ与えるエネルギが少なくなり、従って、発生する振動及びノイズが小さくなる。

円錐状本体の外面は、凹面とすることができる。その結果、円錐状本体は、チャンバに入る流体を滑らかな経路に沿って向け直す。従って、流体が円錐状本体へ与えるエネルギが少なくなり、従って、発生する振動及びノイズが小さくなる。

円錐状本体は、中空とすることができる。これは、従って、消音器のコストが下がる利益を有する。更に、円錐状本体のコンプライアンスが増し、従って、円錐状本体は、一層変形可能でかつ衝突する流体のエネルギを吸収することができる。これは、消音器がエラストマー材料で形成される場合に特に真である。衝突流体のエネルギを吸収することにより、消音器からサイクロン分離器の他の部分へ伝わる振動及び従ってノイズがより小さくなる。

円錐状本体は、開いた基部を有することができ、サイクロン分離器は、基部を覆う吸音発泡体で形成されたディスクを含むことができる。ディスクは、従って、消音器をサイクロン分離器の他の部分から一層隔絶するように作用する。

消音器は、エラストマー材料で形成することができる。その結果、消音器は、一層変形して衝突流体のエネルギを吸収することができる。従って、消音器からサイクロン分離器の他の部分へ伝わる振動及びノイズがより小さくなる。

サイクロン分離器は、チャンバに位置付けられたフィルタアセンブリを含むことができる。フィルタアセンブリは、縦長形状かつ中空とすることができ、消音器は、フィルタアセンブリの開放端内へ突出することができる。フィルタアセンブリは、どのような残りの汚れも流体から除去する利点を有する。その中へ消音器が突出する中空フィルタアセンブリを設けることにより、相対的にコンパクトな配列が達成される。

チャンバは、その周りにポートが配置された縦軸線を有することができ、消音器は、各バッフルが縦軸線と平行な平面にあるようにチャンバに位置付けることができる。ポートを縦軸線の周りに配置させれば、チャンバに入る流体は、典型的には、縦軸線と直角な速度成分を有することになる。縦軸線に平行な平面にあるバッフルを有することにより、バッフルは、異なるポートからの流体の衝突を一層低減することができる。

チャンバは、その周りにポートが配置された縦軸線を有することができ、流体は、縦軸線とほぼ直角な方向にチャンバに入ることができる。消音器は、次に、流体を縦軸線とほぼ平行な方向に向け直すことができる。その結果、よりコンパクトなサイクロン分離器を達成することができる。特に、流体は、流体をそれが縦軸線にほぼ平行な方向にチャンバに入るように初めに転回させることなくチャンバ内へ排出することができる。

サイクロン段は、チャンバの周りに配置された複数のサイクロン本体を含むことができる。複数のサイクロン本体を有すれば、サイクロン分離器の分離効率を改善することができる。更に、サイクロン本体をチャンバの周りに配置することにより、よりコンパクトなサイクロン分離器を実現することができる。対照的に、サイクロン本体のリングを有する従来のサイクロン分離器は、多くの場合、その周りにサイクロン本体が配置された中心空間を殆ど利用していない。

サイクロン分離器は、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付けられた第２のサイクロン段とを含むことができる。第２のサイクロン段から排出された流体は、次に、ポートを通じてチャンバに入る。第１のサイクロン段は、サイクロン分離器に受け入れた流体から相対的に大きい汚れを除去することを意図している。第１のサイクロン段の下流に位置付けられた第２のサイクロン段は、次に、流体から相対的に小さい汚れを除去することを意図している。その結果、相対的に高い分離効率を有するサイクロン分離器を達成することができる。

本発明をより容易に理解することができるように、ここで添付の図面を参照して本発明の実施形態を一例として以下に説明する。

本発明によるサイクロン式分離器の正射影図である。 サイクロン式分離器を上方から見た平面図である。 平面Ａ−Ａで取られたサイクロン式分離器の断面スライスの図である。 平面Ｂ−Ｂで取られたサイクロン式分離器の断面スライスの図である。 サイクロン式分離器の消音器アセンブリを上方から見た正射影図である。 消音器アセンブリを下方から見た正射影図である。 サイクロン式分離器の消音器アセンブリ及び案内ダクトを下方から見た平面図である。 速度が成分に分解された２つの収束流体ストリームを例示する図である。 サイクロン式分離器と共に使用する代替消音器アセンブリを下から見た平面図である。

図１から図６のサイクロン式分離器１は、第１のサイクロン段２、第１のサイクロン段２の下流に位置付けられた第２のサイクロン段３、第２のサイクロン段３の下流に位置付けられた排気チャンバ４、排気チャンバ４に位置付けられた消音器アセンブリ５及びフィルタアセンブリ６、流体を入口８から第１のサイクロン段３まで運ぶ入口ダクト７、及び流体を排気チャンバ４から出口１０まで運ぶ出口ダクト９を含む。

第１のサイクロン段２は、外壁１１、内壁１２、外壁１１と内壁１２の間に位置付けられたシュラウド１３、及び基部１４を含む。

外壁１１は、円筒形状であり、内壁１２及びシュラウド１３を取り囲んでいる。内壁１２及びシュラウド１３は、ほぼ円筒形状であり、外壁１１と同心的に配置される。外壁１１は、上端においてシュラウド１３に対して密封される。外壁１１の下端及び内壁１２の下端は、基部１４に対して密封かつこれによって閉じている。従って、外壁１１、内壁１２、シュラウド１３、及び基部１４は、一緒にチャンバを形成している。このチャンバの上側部分（すなわち、外壁１１とシュラウド１３の間に全体的に形成された部分）がサイクロンチャンバ１５を形成し、一方、このチャンバの下側部分（すなわち、外壁１１と内壁１２の間に全体的に形成された部分）が汚れ収集チャンバ１６を形成する。

シュラウド１３は、フレーム１８上に支持されたメッシュ１７を含む。フレーム１８は開口１９を含み、流体は、ここを通ってサイクロンチャンバ１５内に入る。メッシュ１７は複数の孔を含み、流体はここを通ってサイクロンチャンバ１５から出る。従って、シュラウド１３は、サイクロンチャンバ１５に関する入口及び出口の両方として役立つ。

シュラウド１３と内壁１２の間の空間は、フレーム１８によって下端で閉じている流体通路２０を形成する。流体通路２０の上端は、開いて第１のサイクロン段２への出口を与えている。

第２のサイクロン段３は、プレナム２１、複数のサイクロン本体２２、複数の案内ダクト２３、及び汚れ収集チャンバ２４を含む。汚れ収集チャンバ２４を第１のサイクロン段２のそれと区別するために、以後、第１のサイクロン段２の汚れ収集チャンバ１６は、第１の汚れ収集チャンバ１６と呼び、以後、第２のサイクロン段３の汚れ収集チャンバ２４は、第２の汚れ収集チャンバ２４と呼ぶ。

プレナム２１は、第１のサイクロン段２の出口（すなわち、流体通路２０）及びサイクロン本体２２の入口２５と流体連通している。従って、第１のサイクロン段２からの流体は、サイクロン本体２２の各々へ別れかつこれに送り込まれる。

サイクロン本体２２は、サイクロン式分離器１の中心縦軸線の周りにリング状に配置される。各サイクロン本体２２は、ほぼ切頭円錐形状であり、接線方向入口２５、渦ファインダ２６、及び円錐開口部２７を含む。各サイクロン本体２２の内部は、サイクロンチャンバ２８を形成している。プレナム２１からの流体は、接線方向入口３２を通ってサイクロンチャンバ２８に入る。サイクロンチャンバ２８内で分離された汚れは、次に、円錐開口部２７を通って排出され、一方、浄化された流体は、渦ファインダ２６を通って出る。

各案内ダクト２３は、それぞれの渦ファインダ２６と排気チャンバ４の間を延びる。その結果、サイクロン本体２２から排出される流体は、案内ダクト２３によって排気チャンバ４まで運ばれる。

第２の汚れ収集チャンバ２４は、第１のサイクロン段２の内壁１２と基部１４とで境界付けられた内部空間によって形成される。各サイクロン本体２２の円錐開口部２７は、サイクロン本体２２によって分離された汚れが汚れ収集チャンバ２４内へ落下するように第２の汚れ収集チャンバ２４内へ突出している。

排気チャンバ４は、ほぼ円筒形状であり、サイクロン式分離器１の縦軸線に沿って中心を延びる。案内ダクト２３の端部は、第２のサイクロン段３からの流体がそこを通って排気チャンバ４へ排出されるポート３０と見なすことができる。ポート３０は、排気チャンバ４の上端に位置付けられ、排気チャンバ４の縦軸線の周りに配置される。流体は、従って、縦軸線とほぼ直角な方向に排気チャンバ４に入る。

消音器アセンブリ５は、消音器３１及びカバーディスク３２を含む。消音器３１は、円錐状本体３３と複数のバッフル３４とを含む。円錐状本体３３は、中空でありかつ凹面の外面を有する。バッフル３４の各々は、ほぼ平坦であり、基部から円錐状本体３３の先端へ軸線方向に延びる。更に、各バッフル３４は、円錐状本体３３から半径方向外向きに延びる。この実施形態において、消音器３１は、円錐状本体３３の周りで均一に離間した４つのバッフルを含み、円錐状本体３３の軸線に沿って見た時に、バッフル３４が十字形に類似している（例えば、図７を参照）。カバーディスク３２は、円錐状本体３３の開いた基部を覆う。

消音器アセンブリ５は、排気チャンバ４の上部部分で中心に位置付けられる。消音器アセンブリ５は、円錐状本体３３が下方に延びて排気チャンバ４内に入るように配置される。以下で詳述するように、消音器アセンブリ５は、排気チャンバ４に入る流体を下向きに案内するように作用する。更に、消音器アセンブリ５は、ノイズを低減する方法でこれを行う。

フィルタアセンブリ６は、縦長形状であり、フィルタ媒体３５、支持リム３６、及び末端キャップ３７を含む。フィルタ媒体３５は、上端が支持リム３６によって開いて保持されて下端が末端キャップ３７によって閉じられる中空管に成形される。フィルタアセンブリ６は、排気チャンバ４内で消音器アセンブリ５の下流に位置付けられる。支持リム３６は、ポート３０の下方の点において排気チャンバ４の壁に当たって密封する。第２のサイクロン段３からの流体は、排気チャンバ４に入る時に下方へかつフィルタアセンブリ６の中空内部内へ引き込まれる。そこからの流体は、フィルタ媒体３５を通って吸引されて出口ダクト９内へ至る。

サイクロン分離器１の入口８は、基部１４に位置付けられる。入口ダクト７は、次に、入口８から上方にかつ内壁１２によって境界付けられた内部空間を通って延びる。入口ダクト７は、第１のサイクロン段２の上側部分に対応する高さで転回し、内壁１２を通り、流体通路２０を通って延び、シュラウド１３内の開口１９で終端している。

サイクロン分離器１の出口１０は、第２のサイクロン段３の２つの隣接するサイクロン本体２２の間に位置付けられる。出口ダクト９は、次に、排気チャンバ４から出口１０まで延びる。

使用中、汚れ含有流体は、基部１４内の入口８を通じてサイクロン分離器１内へ引き込まれる。そこからの汚れ含有流体は、入口ダクト７によってシュラウド１３の開口１９まで運ばれる。次に、汚れ含有流体は、第１のサイクロン段２のサイクロンチャンバ１５に入る。汚れ含有流体は、サイクロンチャンバ１５の周りで螺旋運動し、それによって大きい汚れが流体から分離される。大きい汚れは、汚れ収集チャンバ１６に集まり、一方、部分的に浄化された流体は、シュラウド１３のメッシュ１７を通り、流体通路２０を上方に通り、第２のサイクロン段３のプレナム２１内へ引き込まれる。部分的に浄化された流体は、次に、分れて接線方向入口２５を通じてサイクロン本体２２内へ引き込まれる。部分的に浄化された流体は、次に、各サイクロン本体２２のサイクロンチャンバ２８の周りで螺旋運動し、こうして小さい汚れを流体から分離する。小さい汚れは、円錐開口部２７を通り、汚れ収集チャンバ２４内へ排出される。浄化された流体は、渦ファインダ２６を上方に通り、案内ダクト２３に沿って通り、排気チャンバ４へ引き込まれる。そこからの浄化された流体は、消音器アセンブリ５によって下方にかつフィルタアセンブリ６の内部へ向けられる。流体は、流体からあらゆる残りの汚れを除去するように作用するフィルタ媒体３５を通過する。流体は、次に、出口ダクト９に沿って吸引され、サイクロン分離器１の出口１０へ至る。

ここで以下に消音器アセンブリ５に対してより詳しく説明する。

上述したように、第２のサイクロン段３からの流体は、排気チャンバ４の上側部分の周りに配置されたポート３０を通じて排気チャンバ４に入る。各ポート３０は、それぞれの流体ストリームをチャンバ４内へ導入するものであると言える。流体ストリームは、排気チャンバ４に入る時に消音器３１と衝突する。消音器３１との衝突により、円錐状本体３３が、流体ストリームを下方へ向け直し、すなわち、円錐状本体３３は、ほぼ半径方向からの各流体ストリームをほぼ軸線方向に向け直す。円錐状本体３３は、凹面の外面を有するので、滑らかな経路又は湾曲に沿って各流体ストリームの向きを直す。その結果、流体ストリームが円錐状本体３３へ与えるエネルギが少なくなり、従って、衝突によって発生する振動及びノイズが小さくなる。流体ストリームは、円錐状本体３３との衝突に加えて、バッフル３４とも衝突する。後述するように、バッフル３４は、流体ストリームの崩壊を低減するように作用する。

図７は、消音器３１及び案内ダクト２３を下方から見た平面図である。第１の流体ストリームは、ポートＡを通じて排気チャンバ４に入り、第１の方向（ほぼ左から右へ）に進む。第２の流体ストリームは、ポートＢを通じて排気チャンバ４に入り、第２の方向（ほぼ右から左へ）に進む。ポートＡは、ポートＢと直接向かい合っているので、２つの流体ストリームは、反対方向に移動する。消音器３１がなければ、２つの流体ストリームは互いに衝突することになる。２つの流体ストリームが反対方向に移動するので、衝突は、相対的に激しく、相当な大きさのノイズを発生する。消音器３１の導入により、２つの流体ストリームの衝突は、防止されるか又は大幅に減少する。

円錐状本体３３は、２つのポートＡ及びポートＢの間に位置決めされる。その結果、２つの流体ストリームの各々の一部は、円錐状本体３３によって下方へ向け直される。円錐状本体３３は、テーパが付けられ、かつ凹面の外面を有する。その結果、２つの流体ストリームに対して円錐状本体３３が与える衝突領域は相対的に小さい。更に、流体ストリームの各々は、排気チャンバ４に入る際に拡散する。２つの流体ストリームの一部のみが円錐状本体３３と衝突し、それによって下方へ向け直されるのは、この理由のためである。残りの部分は、バッフル３４と衝突する。２つの流体ストリームは、バッフル３４との衝突の際に互いに衝突することが防止される。図７によれば、バッフルのうちの２つ３４ａ、３４ｂが、第１の流体ストリームを消音器３１の左下の四分円内に含むように作用し、一方、他の２つのバッフル３４ｃ、３４ｄが、第２の流体ストリームを右上の四分円内に含むように作用することを見ることができる。その結果、２つの流体ストリームは、互いに激しく衝突することが防止される。２つの流体ストリームは、それらが消音器３１によって下方へ向け直された後でのみ合流する。両方の流体ストリームは、従って、ほぼ同じ方向に移動するので、２つの流体ストリームの衝突及びその結果発生するノイズは大幅に減少する。

図８に例示するように、収束するどのような２つの流体ストリームも、反対方向に作用する速度成分ｖ_y、−ｖ_yを有するべきである。２つの流体ストリームの衝突によって発生するノイズは、反対方向の速度成分の大きさによって決まる。２つの流体ストリーム間の角度θが大きくなると、反対方向の速度成分の大きさも増す。十字形に配置した４つのバッフル３４を使用することにより、いずれの２つの流体ストリームも衝突可能な最大角度は９０度である。その結果、反対方向の速度成分の大きさは、合理的限界内に保つことができる。実際、この実施形態において、ポート３０を特定の個数及び配列にしたおかげで、いずれの２つの衝突する流体ストリームも、その間の最大角度は約６２度である。

上述の消音器３１は、４つのバッフル３４を含むが、消音器３１は、異なる個数のバッフル３４も同様に含むことができる。例えば、消音器のバッフルの数をより少なくすれば、コスト低減をもたらす。反対に、消音器に付加的なバッフルを設ければ、吸音上の改善をもたらす。開発中に、消音器３１は、最初は１０個のバッフルを有していた。しかし、その後、バッフルの数を４つに減らせば、ノイズの大幅な増加なくして、コスト低減をもたらすことが分かった。バッフル３４を異なる数にすることができることに加えて、バッフル３４が円錐状本体３３の周りで均一に離間することは必須ではない。例えば、図９には、均一に離間していない５つのバッフル３４’を有する代替の消音器３１’が例示されている。従って、バッフル３４の個数及び配列は、サイクロン分離器１の特定の設計と仕様要件とに依存するものである。

消音器３１は、フィルタアセンブリ６の開放端内へ突出している。その結果、サイクロン分離器１のための相対的にコンパクトな配列が得られる。開発中に、消音器３１をより長くすれば、吸音の更なる改善をもたらすことが分かった。その理由は、流体ストリームが、それらが混合する前に消音器３１によって真っ直ぐにされるためであると考えられる。しかし、フィルタアセンブリ６の取り外しを容易にするためにより短い消音器３１が使用された。フィルタアセンブリ６は、サイクロン分離器１の外側ケーシング３８の上部部分を開いて取り出される。図１を参照すると、上部部分は、出口１０に隣接する点でヒンジ留め３９される。ケーシング３８の上部部分を開くと、ケーシング３８が取り付けられた消音器アセンブリ５は、上方及び外方へ旋回する。消音器３１がフィルタアセンブリ６を確実にクリアするように、より短い消音器３１が使用された。

消音器３１の円錐状本体３３は中空であり、それによって少なくとも２つの利点が得られる。第１に、中空の円錐状本体３３は、消音器３１の材料コストを低減する。第２に、中空の円錐状本体３３は、円錐状本体３３のコンプライアンスを増し、それは、次に、流体ストリームの衝突を一層吸収することを可能にする。しかし、中空であるので、円錐状本体３３とサイクロン分離器１の外側ケーシング３８との間に空洞が形成される。衝突する流体ストリームのために消音器３１が振動すると、空洞内の空気も振動し、振動は、次に、外側ケーシング３８へ伝達される。カバーディスク３２は、消音器３１の開いた基部を覆い、振動する空気のエネルギを吸収するように作用する。その結果、外側ケーシング３８へ伝わる消音器３１の振動がより少なくなる。

円錐状本体３３は、流体ストリームをより滑らかな経路に沿って向け直すのを助ける。これは、次に、吸音上並びに流体流れ上の利益を有する。しかし、円錐状本体３３は、流体ストリームの崩壊を抑制するのに必須ではなく、それは、バッフル３４のみでも達成可能である。

消音器３１は、エラストマー材料で形成される。これは、消音器３１が一層変形可能であり、かつ衝突する流体ストリームのエネルギを一層吸収することができるという利益を有する。その結果、消音器３１からサイクロン分離器１の他の部分へ伝わる振動及び従ってノイズがより小さくなる。

サイクロン分離器の特定の設計をこれまでに説明したが、消音器は、サイクロン段からの流体を複数のポートを通じてチャンバ内へ排出するための他のタイプのサイクロン分離器に使用することができる。消音器のバッフルは、次に、チャンバに入る流体の崩壊を抑制するように作用する。特に、チャンバに入る流体は、互いに直接に衝突するよりもむしろバッフルと衝突する。

Claims (11)

1. 真空掃除機のためのサイクロン式分離器であって、
   サイクロン段と、
   前記サイクロン段からの流体が通ってチャンバに入る複数のポートを含むチャンバと、 複数のバッフルを含み、各バッフルが、前記ポートの１つを通って前記チャンバに入る流体が、その前記バッフルの第１の側面と衝突し、前記ポートの別の１つを通って前記チャンバに入る流体が、その前記バッフルの第２の反対側の側面と衝突するように構成された、前記チャンバに位置付けられた消音器と、
   を含むことを特徴とするサイクロン式分離器。
2. 前記消音器は、円錐状本体を含み、前記バッフルの各々は、前記円錐状本体から外向きに延び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. 前記円錐状本体の外面は、凹面であることを特徴とする請求項２に記載のサイクロン式分離器。
4. 前記円錐状本体は、中空であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のサイクロン式分離器。
5. 前記円錐状本体は、開いた基部を有し、
   サイクロン分離器は、前記基部を覆う吸音発泡体で形成されたディスクを含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載のサイクロン式分離器。
6. 前記消音器は、エラストマー材料で形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のサイクロン式分離器。
7. 前記チャンバに位置付けられたフィルタアセンブリを含み、
   前記フィルタアセンブリは、縦長形状且つ中空であり、
   前記消音器は、前記フィルタアセンブリの開放端内に突出している、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のサイクロン式分離器。
8. 前記チャンバは、その周りに前記ポートが配置された縦軸線を有し、前記消音器は、各バッフルが前記縦軸線と平行な平面内にあるように前記チャンバに位置付けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のサイクロン式分離器。
9. 前記チャンバは、その周りに前記ポートが配置された縦軸線を有し、流体は、前記縦軸線とほぼ直角な方向に前記チャンバに入り、前記消音器は、前記流体を前記縦軸線とほぼ平行な方向に向け直すことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のサイクロン式分離器。
10. 前記サイクロン段は、前記チャンバの周りに配置された複数のサイクロン本体を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のサイクロン式分離器。
11. 第１のサイクロン段を含み、
    前記サイクロン段は、前記第１のサイクロン段の下流に位置付けられた第２のサイクロン段である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のサイクロン式分離器。

Images