KR100282345B1 - 싸이클론 집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공청소기에 적용되는 싸이클론 집진장치에 관한 것으로서, 공기의 흡입과 배출이 순방향으로 자연스럽게 이루어지도록 하여 공기가 싸이클론몸체 내에서 저항을 받지 않도록 함에 따라 압력손실이 크게 줄어들도록 함과 함께 상기 하나의 경로를 통해 흡입된 공기가 서로 다른 두경로를 통해 절반씩 양분된 상태로 배출되도록 하여 공기의 흡입력에 비해 배출력이 줄어들도록 함에 따라 미세먼지가 상기 배출공기에 실려 함께 배출되는 일이 없도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 원통형상의 싸이클론몸체(11)와, 상기 싸이클론몸체의 둘레면 가운데부분에 구비되어 공기 및 오염물이 싸이클론몸체(11) 내에 접선방향으로 흡입되도록 하는 공기흡입관(12)과, 상기 싸이클론몸체(11)의 양측면 중심부에 각각 구비되어 싸이클론몸체 내로 흡입된 공기가 양분되면서 배출되도록 하는 공기배출관(13)과, 상기 싸이클론몸체(11)의 둘레면 양측 끝단부에 형성되어 싸이클론몸체 내로 흡입된 오염물이 배출되도록 하는 오염물배출관(14)과, 상기 오염물배출관을 통해 배출되는 오염물을 수집하는 오염물수집함(15)으로 구성하여서 된 것이다.

Description

싸이클론 집진장치{cyclone dust collector}

본 발명은 싸이클론(cyclone) 원리를 이용하여 먼지와 같은 각종 오염물을 집진할 수 있는 싸이클론 집진장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조를 달리하여 공기의 흡입과 토출이 순방향으로 자연스럽게 이루어지면서도 상기 토출이 양분되도록 하여 미세먼지까지도 원활하게 짐진되도록 한 것이다.

일반적으로 싸이클론 집진장치는 가정용으로는 주로 진공청소기에 적용되고 있는데, 그 원리는 원심력을 이용하여 공기와 함께 회전하는 오염물중 상기 공기는 외부로 배출하고 오염물만을 공기에서 분리하여 수집하는 것으로서, 수년전부터 이미 알려져 오고 있다.

상기한 싸이클론 집진장치의 종래 기술을 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 살펴보면 다음과 같다.

하방으로 갈수록 그 직경이 점점더 작아지는 원추부(1a)가 하부에 일체화되어 있는 원통형상의 싸이클론몸체(1)가 있고, 상기 싸이클론몸체의 둘레면 상부 적소에는 공기가 싸이클론몸체(1) 내에 접선방향으로 수평흡입되도록 공기흡입관(2)이 형성되어 있으며, 상기 싸이클론몸체(1)의 상부면 중심부에는 싸이클론몸체 내로 흡입된 공기가 상방으로 수직배출되도록 상,하부가 개방된 원통형상의 공기배출관(3)이 형성되어 있고, 상기 싸이클론몸체(1)에 형성된 원추부(1a)의 하단에는 공기와 함께 싸이클론몸체(1) 내로 흡입된 오염물(먼지, 보푸리기, 휴지조각 등)이 하방으로 수직배출되도록 오염물배출관(4)이 형성되어 있으며, 상기 오염물배출관의 끝단부에는 싸이클론몸체(1)의 직하방에 위치된 상태에서 오염물배출관(4)을 통해 배출되는 오염물을 수집하도록 오염물수집함(5)이 분리가능하게 결합되어 있다.

이와같은 구조의 종래 싸이클론 집진장치를 진공청소기에 적용시킨 상태에서 사용자가 상기 진공청소기를 사용할 때 먼지 및 보푸라기 등과 같은 각종 오염물이 수집되는 집진과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

사용자가 청소작업을 수행하기 위해 전원을 인가시킨 다음 청소시작모드를 선택하면, 상기 진공청소기를 구성하는 별도의 흡입력 발생수단이 작용하여 흡입력을 발생시키므로 공기가 싸이클론몸체(1)의 둘레면 상부 적소에 형성되어 있는 공기흡입관(2)을 통해 상기 싸이클론몸체(1) 내에 접선방향으로 수평흡입되는데, 상기 공기흡입관(2)에는 진공청소기의 흡입구체(도시는 생략함)가 연결되어 있으므로 결국 실내의 오염물이 공기와 함께 흡입구체를 통해 싸이클론몸체(1) 내로 함께 흡입됨은 이해 가능하다.

이와같이 하여 오염물과 함께 싸이클론몸체(1) 내에 접선방향으로 수평흡입된 공기는 상기 싸이클론몸체에 일체화된 원추부(1a)의 내측둘레면을 따라 계속 회전하면서 하강하는데, 이때 상기 싸이클론몸체(1)의 상부면 중심부에는 상,하부가 개방된 원통형상의 공기배출관(3)이 형성되어 있으므로 상기 하강되는 공기는 어느순간 역방향으로 상승기류를 형성하여 상기 공기배출관(3)을 통해 상방으로 수직배출됨과 동시에 오염물은 원추부(1a)의 하단에 형성된 오염물배출관(4)을 통해 하방으로 수직배출되고, 상기 배출되는 오염물은 계속해서 오염물배출관의 끝단에 결합된 오염물수집함(5)에 그대로 수집된다.

즉, 오염물과 함께 싸이클론몸체(1) 내에 접선방향으로 수평흡입된 공기가 원추부(1a)의 내측둘레면을 따라 하강하는 과정에서는 상기 공기와 오염물은 밀도차이에 의하여 각각 다른 원심력을 받게되므로 비교적 무거운 오염물은 상기 원추부(1a)의 내측둘레면을 타고 계속 하강하여 상기 원추부의 하단에 형성되어 있는 오염물배출관(4)을 통해 배출되고, 이 배출되는 오염물은 상기 오염물배출관의 끝단부에 싸이클론몸체(1)의 직하방에 위치된 상태로 오염물수집함(5)이 분리가능하게 결합되어 있음에 따라 계속해서 상기 오염물수집함(5)에 수집되는데, 이때 싸이클론몸체(1) 내에서 배출되는 공기의 회전속도는 공기배출관(3) 직경의 0.6이 되는 지점에서 가장 강한 회오리가 발생됨(학술적으로 규명된 상태임)을 감안할 때 회전모우멘트의 원리에 의하여 상기 흡입된 공기는 상승기류를 갖게되면서 역방향(흡입된 공기의 최초 이동방향과 반대되는 방향)으로 반전된 다음 계속해서 공기배출관(3)을 통해 싸이클론몸체(1) 외부로 배출되므로 결국 오염물이 집진되면서 청소가 행하여 지는 것이다.

한편 상기한 작용으로 인해 오염물이 오염물수집함(5)에 수집되어 필요이상 쌓이게 되면 오염물배출관(4)의 끝단부에 분리가능하게 결합된 상기 오염물수집함(5)을 분리하여 수집되어 있는 오염물을 버리면 되는데, 상기 오염물수집함(5)을 분리하고자 할 경우에는 오염물수집함이 싸이클론몸체(1)의 직하방에 위치되어 있는 관계로 인하여 캐니스터형 진공청소기에 적용되었을 경우에는 상기 오염물수집함(5)을 분리하기 전에 먼저 상기 싸이클론몸체(1)를 진공청소기 본체 내에서 외부로 꺼낸 다음 오염물수집함(5)을 분리하여야 함은 이해 가능하다.

그러나 종래 이와같은 싸이클론 집진장치는 다음과 같은 여러가지 문제점이 있다.

첫째, 공기의 흡입과 배출이 순방향이 아닌 역방향으로 이루어지므로 결국 흡입된 공기의 방향이 싸이클론몸체 내에서 반전될 때 저항이 발생됨에 따라 소음이 증가됨과 함께 상기 저항으로 인해 압력손실이 발생됨에 따라 집진효율도 떨어지게 되었다.

둘째, 공기흡입관을 통해 싸이클론몸체 내로 흡입된 공기가 모두 하나의 공기배출관을 통해 배출되므로 흡입력 대비 배출력이 같아짐에 따라 미세먼지의 일부가 상기 배출공기에 실려 외부로 배출되므로 진공청소기에 적용시에는 상기 진공청소기의 본체 내부에 별도의 필터를 부가하여 사용할 수 밖에 없었다.

셋째, 오염물수집함을 싸이클론몸체의 원추부 직하방에 위치된 상태로만 결합할 수 밖에 없으므로 캐니스터형 진공청소기의 본체에 적용하였다고 하더라도 오염물수집함에 수집된 오염물을 버리고자 할 때는 싸이클론몸체를 그대로 놓아둔 상태에서 상기 오염물수집함 만을 별도로 분리할 수가 없음에 따라 진공청소기의 유지관리에 어려움이 있었다.

넷째, 전체적으로 높이가 높아짐에 따라 우리나라에서 주로 사용되고 있는 캐니스터(canister)형 진공청소기에 적용할 경우 진공청소기의 본체가 대형화되므로 분리하다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 공기의 흡입과 배출이 순방향으로 자연스럽게 이루어지도록 하여 공기가 싸이클론몸체 내에서 저항을 받지 않도록 함에 따라 압력손실이 크게 줄어들도록 함과 함께 상기 하나의 경로를 통해 흡입된 공기가 서로 다른 두경로를 통해 절반씩 양분된 상태로 배출되도록 하여 공기의 흡입력에 비해 배출력이 줄어들도록 함에 따라 미세먼지가 상기 배출공기에 실려 함께 배출되는 일이 없도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 형태에 따르면 원통형상의 싸이클론몸체와, 상기 싸이클론몸체의 둘레면 가운데부분에 구비되어 공기 및 오염물이 싸이클론몸체 내에 접선방향으로 흡입되도록 하는 공기흡입관과, 상기 싸이클론몸체의 양측면 중심부에 각각 구비되어 싸이클론몸체 내로 흡입된 공기가 양분되면서 배출되도록 하는 공기배출관과, 상기 싸이클론몸체의 둘레면 양측 끝단부에 형성되어 싸이클론몸체 내로 흡입된 오염물이 배출되도록 하는 오염물배출관과, 상기 오염물배출관을 통해 배출되는 오염물을 수집하는 오염물수집함으로 구성하여서 된 싸이클론 집진장치가 제공된다.

도 1은 종래 싸이클론 집진장치를 나타낸 사시도

도 2는 종래 싸이클론 집진장치를 나타낸 종단면도

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 4는 본 발명 싸이클론 집진장치를 나타낸 사시도

도 5는 본 발명 싸이클론 집진장치를 나타낸 종단면도

도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

도 7a는 본 발명 싸이클론 집진장치에서 오염물배출관을 통한 오염물의 배출방향이 상방을 향하고 있는 상태의 단면도

도 7b는 본 발명 싸이클론 집진장치에서 오염물배출관을 통한 오염물의 배출방향이 일측을 향하고 있는 상태의 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11. 싸이클론몸체 12. 공기흡입관

13. 공기배출관 14. 오염물배출관

15. 오염물수납함 16. 가이드편

17. 구획판

이하 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 4는 본 발명 싸이클론 집진장치를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명 싸이클론 집진장치를 나타낸 종단면도이며, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도로서, 본 발명은 전부분이 동일직경을 갖는 원통형상의 싸이클론몸체(11)를 구비하고, 상기 싸이클론몸체의 둘레면 가운데부분에 공기가 상기 싸이클론몸체(11) 내에 접선방향으로 흡입되도록 공기흡입관(12)을 형성하며, 상기 싸이클론몸체(11)의 양측면 중심부에는 싸이클론몸체 내로 흡입된 공기가 서로 다른 경로를 통해 수평방향으로 절반씩 양분되면서 배출되도록 원통형상의 공기배출관(13)을 형성하고, 상기 싸이클론몸체(11)의 둘레면 양측 끝단부에는 공기와 함께 싸이클론몸체 내로 흡입된 오염물(먼지 보푸라기, 휴지조각 등)이 서로 다른 경로를 통해 접선방향으로 절반씩 양분되면서 배출되도록 오염물배출관(14)을 형성하며, 상기 각 오염물배출관의 끝단부에는 오염물배출관(14)을 통해 배출되는 오염물을 수집하도록 오염물수집함(15)을 분리가능하게 결합한다.

또한 싸이클론몸체(11)의 내측둘레면 가운데부분에 원주방향으로 일정길이를 가지며, 그 끝단에서 부터 양측으로 만곡지게형태의 단면을 갖는 가이드편(16)을 형성하여 공기흡입관(12)을 통해 싸이클론몸체(11) 내의 접선방향으로 흡입되는 공기가 상기 가이드편(16)의 안내를 받아 공기배출관(13)이 형성되어 있는 양측으로 원활하게 양분되면서 원심력을 갖도록 하는데, 상기 가이드편(16)은 공기흡입관(12) 쪽에서 부터 그 반대쪽으로 갈수록 싸이클론몸체(11)와의 접촉폭(b)을 점점 더 넓게하여 공기가 가이드편(16)에 안내될 때 공기배출관(13)이 형성되어 있는 양측으로 더욱 원활하게 양분되도록 한다.

한편 오염물수집함(15)은 그 내부를 구획하는 구획판(17)을 더 구비하여 사용하는 것도 가능한데, 이는 싸이클론몸체(11)의 오염물배출관(14)으로 부터 유입되는 유동이 상호간에 충돌 또는 순환되면서 상기 오염물수집함(15) 내부에서 오염물질들이 부유하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

이와같은 구조의 본 발명 싸이클론 집진장치를 진공청소기에 적용시킨 상태에서 사용자가 진공청소기를 사용할 때 먼지 및 보푸라기 등과 같은 각종 오염물이 수집되는 집진과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

사용자가 청소작업을 수행하기 위해 전원을 인가시킨 다음 청소시작모드를 선택하면, 상기 진공청소기를 구성하는 별도의 흡입력 발생수단이 작용하여 흡입력을 발생시키므로 공기가 싸이클론몸체(11)의 둘레면 가운데부분에 형성되어 있는 공기흡입관(12)을 통해 상기 싸이클론몸체(11) 내의 접선방향으로 흡입되는데, 이때 흡입되는 공기중에는 먼지나 보푸라기 등과 같은 각종 오염물이 포함됨은 이해 가능하다.

이와같이 하여 싸이클론몸체(11) 내에 접선방향으로 흡입된 공기와 오염물은 밀도차이에 의해 각각 서로 다른 원심력을 받게되는데, 상기 싸이클론몸체(11)의 양측면 중심부에는 각각 공기배출관(13)이 형성되어 있으므로 상기 공기흡입관(12)을 통해 싸이클론몸체(11) 내의 접선방향으로 흡입된 공기 및 이물질은 공기흡입관(12)의 중심선상을 기준으로 양측으로 절반씩 양분되어 각각 서로 다른 두갈래의 경로를 가지며 각기 다른 공기배출관(13) 쪽으로 이동되면서 선회한다.

상기 서로 다른 두갈래의 경로를 가지며 선회하는 공기 및 이물질중 순수한 공기는 이물질에 비해 그 질량이 가벼우므로 싸이클론몸체(11) 내의 공간부 중심부분에서 강제적으로 회오리를 일으키면서 배출기류를 형성하여 상기 싸이클론몸체(11)의 양측면 중심부에 각각 형성된 공기배출관(13)을 통해 흡입방향과 순방향인 양측방향으로 자연스럽게 수평배출됨과 동시에 공기보다 그 질량이 무거운 오염물은 원심력에 의해 싸이클론몸체(11)의 내측둘레면을 따라 양끝단부분까지 계속 선회하면서 이동하다가 상기 싸이클론몸체의 둘레면 양측 끝단부에 형성되어 있는 오염물배출관(14)을 통해 접선방향으로 배출되는데, 이때 배출되는 오염물은 상기 오염물배출관의 끝단에 분리가능하게 결합되어 있는 오염물수집함(15)으로 들어가 수집되므로 청소가 행하여 진다.

이와같이 오염물배출관(14)을 통해 접선방향으로 배출되는 오염물이 오염물수집함(15) 내로 들어가 수집될 때 상기 오염물수집함(15) 내부가 구획판(17)에 의해 구획되어 있다면 상기 오염물수집함(15) 내로 들어간 오염물은 상호간에 충돌이 일어나지 않으므로 오염물수집함(15) 내부에서 오염물질들이 부유하는 것이 방지됨은 이해 가능하다.

한편 상기 과정에서 싸이클론몸체(11)에 형성된 공기흡입관(12)의 위치가 상기 싸이클론몸체(11)의 둘레면중 가운데부분에 있으므로 상기 공기흡입관(12)을 통해 싸이클론몸체(11) 내로 흡입되는 공기량은 정확히 절반씩 나누어져 상기 싸이클론몸체의 양측면에 형성되어 있는 공기배출관(13)을 통해 수평배출되고, 이에따라 상기 공기흡입관(12)을 통해 흡입되는 공기흡입력에 비해 각 공기배출관(13)을 통해 배출되는 공기배출력이 절반으로 떨어지므로 오염물중 비교적 가벼운 미세먼지라 할지라도 배출되는 순수한 공기에 실려 함께 배출되는 일은 거의 없게된다.

이와같이 청소가 행하여 질 때 싸이클론몸체(11)의 내측둘레면중 가운데부분에는 원주방향으로 일정길이를 가지며, 그 끝단에서 부터 양측으로 만곡진형태의 단면을 갖는 가이드편(16)이 형성되어 있으므로 상기 공기흡입관(12)을 통해 싸이클론몸체(11) 내의 접선방향으로 흡입되는 공기 및 이물질은 상기 가이드편(16)에 안내되고, 이에따라 흡입된 공기 및 이물질이 공기배출관(13)이 형성되어 있는 양측으로 절반씩 원활하게 양분되면서 회전됨은 이해 가능한데, 상기 가이드편(16)은 공기흡입관(12) 쪽에서 부터 그 반대쪽으로 갈수록 싸이클론몸체(11)와의 접촉부분 폭(b)이 점점 더 넓어져 있으므로 공기가 가이드편(16)에 안내될 때 공기배출관(13)이 형성되어 있는 쪽인 양측으로 더욱 원활하게 양분된다.

또한 오염물이 오염물수집함(15)에 수집되어 필요이상 쌓이게 되면 오염물배출관(14)에 결합되어 있는 상기 오염물수집함(15)을 분리하여 수집된 오염물을 버리면 되고, 이후에는 다시 오염물수집함(15)을 오염물배출관(14)에 결합하여 사용하면 되는데, 상기 오염물수집함(15)은 실시예와 같이 내부 공간부를 격판(15a)에 의해 양분하여 오염물배출관(14)을 통해 배출되는 오염물이 각각 독립된 공간부에 나누어진 상태로 수집되도록 하여도 무방하고, 도시는 하지 않았지만 별도로 공간부를 양분하지 않고 하나의 공간부에 혼합된 상태로 수집되도록 하여도 무방하다.

이상에서 설명된 바와같은 본 발명 싸이클론 집진장치는 실제로 우리나라에서 주로 사용하고 있는 캐니스터형 진공청소기에 적용시킬 때 청소기의 본체 내부에 설치하거나 아니면 흡입구체와 본체를 연결하는 유로(연장관이나 연결호스)상에 설치하거나 하면 되는데, 상기 본체 내부에 설치할 경우에는 도 7a와 같이 오염물배출관(14)을 통한 오염물의 배출방향이 상방을 향하도록 하거나 도 7b와 같이 일측을 향하도록 하거나 하여 상기 오염물배출관(14)에 결합되는 오염물수집함(15)이 싸이클론몸체(11)와 나란하도록 함이 바람직하고, 이는 기기의 사용과정에서 오염물수집함(15)에 수집된 오염물을 버리기 위해 상기 오염물수집함을 분리하고자 할 때 그 분리작업이 편리하게 이루어지도록 하기 위함에 있다.

상기한 작용에 의해 오염물이 오염물수집함(15)에 수집되어 필요이상 쌓이게 되면 오염물배출관(14)에 결합되어 있는 상기 오염물수집함(15)을 분리하여 수집된 오염물을 버리면 되는데, 이때에는 상기 오염물수집함이 기 설명된 바와같이 싸이클론몸체(11)와 나란하게 위치되어 있다면 본 발명 싸이클론 장치를 우리나라에서 주로 사용되고 있는 캐니스터형 진공청소기에 적용시켰을 경우 상기 싸이클론몸체(11)를 그대로 놓아둔 상태에서도 오염물수집함(15)의 분리가 가능하다.

그러므로 본 발명 싸이클론 집진장치는 다음과 같은 여러가지 효과가 있다.

첫째, 공기의 흡입과 배출이 순방향으로 자연스럽게 이루어지므로 공기가 싸이클론몸체 내에서 저항을 받지 않음에 따라 압력손실이 크게 줄어들어 집진효율이 향상됨과 함께 소음도 저감된다.

둘째, 하나의 공기흡입관을 통해 흡입된 공기가 서로 다른 두개의 공기배출관을 통해 양분된 상태로 배출되므로 공기의 배출력이 흡입력에 비해 절반정도로 줄어들게 됨에 따라 미세먼지가 상기 배출공기에 실려 함께 배출되는 일이 없어 진공청소에 적용시킬 경우에도 상기 진공청소기의 본체 내부에 별도의 집진필터를 설치할 필요가 없다.

셋째, 오염물이 수집되는 오염물수집함을 싸이클론몸체와 나란하게 위치된 상태로 결합시켜도 되므로 진공청소기에 적용시킨 상태에서 상기 오염물수집함에 수집된 오염물을 버리고자 할 때 싸이클론몸체는 그대로 놓아둔 상태에서 상기 오염물수집함만 분리하여도 됨에 따라 진공청소기의 유지관리가 매우 편리해진다.

넷째, 전체적으로 높이가 낮아짐에 따라 우리나라에서 주로 사용되고 있는 캐니스터(canister)형 진공청소기에 적용하더라도 진공청소기의 본체가 대형화되지 않아 매우 유리하다.

Claims (5)

1. 원통형상의 싸이클론몸체와,

   상기 싸이클론몸체의 둘레면 가운데부분에 구비되어 공기 및 오염물이 싸이클론몸체 내에 접선방향으로 흡입되도록 하는 공기흡입관과,

   상기 싸이클론몸체의 양측면 중심부에 각각 구비되어 싸이클론몸체 내로 흡입된 공기가 양분되면서 배출되도록 하는 공기배출관과,

   상기 싸이클론몸체의 둘레면 양측에 형성되어 싸이클론몸체 내로 흡입된 오염물이 배출되도록 하는 오염물배출관과,

   상기 오염물배출관을 통해 배출되는 오염물을 수집하는 오염물수집함으로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   싸이클론몸체의 내측둘레면 가운데부분에 원주방향으로 일정길이를 갖는 가이드편을 형성하여 공기흡입관을 통해 싸이클론몸체 내의 접선방향으로 흡입되는 공기가 상기 가이드편의 안내를 받아 공기배출관이 형성되어 있는 양측으로 원활하게 양분되도록 함을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   가이드편은 외측이 그 끝단에서 부터 양측으로 만곡지게형태의 단면을 갖고 있음을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   가이드편은 공기흡입관 쪽에서 부터 그 반대쪽으로 갈수록 싸이클론몸체와의 접촉폭(b)이 점점 더 넓어지게 하여서 됨을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   오염물수집함의 내부에 구획판을 설치하여 내부 공간부를 분리하여서 됨을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치.