KR102021860B1 - 집진장치 및 이를 구비하는 청소기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 집진장치는, 집진장치의 외관을 형성하는 원통 형상의 하우징; 상기 하우징의 내측에 형성되고, 상기 하우징의 내측으로 유입된 공기로부터 먼지를 분리하도록 선회류를 일으키는 1차 사이클론부; 상기 사이클론을 통과한 공기와 미세먼지를 공급받으며, 공기로부터 미세먼지를 분리하도록 선회류를 일으키는 축류식 사이클론들의 집합으로 형성되는 2차 사이클론부; 및 상기 1차 사이클론부와 상기 2차 사이클론부의 경계를 형성하도록 상기 2차 사이클론부의 외측을 메쉬를 포함하고, 상기 축류식 사이클론들의 집합은, 다단으로 적층되고, 입구가 상기 메쉬를 향하도록 배열되는 제1 군; 및 상기 제1 군의 일측과 타측에 각각 배치되며, 입구와 출구가 상기 집진장치의 높이 방향을 향하도록 배열되는 제2 군을 포함한다.

Description

집진장치 및 이를 구비하는 청소기{DUST COLLECTOR AND CLEANER HAVING THE SAME}

본 발명은 흡입력을 이용하여 공기와 먼지를 흡입하고, 흡입된 공기로부터 먼지를 분리하여 먼지를 집진하며, 깨끗한 공기만 배출하는 진공 청소기와 상기 진공 청소기에 구비되는 집진장치에 관한 것이다.

진공 청소기는 청소기 본체의 내부에 장착되는 흡입 모터에서 발생되는 흡입력을 이용하여 먼지와 공기를 흡입하고, 공기로부터 먼지를 분리하여 집진하는 장치를 가리킨다.

이러한 진공 청소기는 캐니스터 청소기, 업라이트 청소기, 스틱 청소기, 핸디 청소기, 및 로봇 청소기로 구분된다. 캐니스터 청소기의 경우 먼지를 흡입하기 위한 흡입 노즐이 청소기 본체와 별도로 구비되며, 연결장치에 의해 청소기 본체와 흡입 노즐이 서로 연결된다. 업라이트 청소기의 경우 흡입 노즐이 청소기 본체와 회전 가능하게 연결된다. 스틱 청소기와 핸디 청소기의 경우 사용자가 청소기 본체를 손으로 파지한 상태로 사용된다. 다만, 스틱 청소기의 경우 흡입 모터가 흡입 노즐에 가깝게 배치되고(하중심), 핸디 청소기의 경우 흡입 모터가 파지부에 가깝게 배치된다(상중심). 로봇 청소기는 자율 주행 시스템을 통해 스스로 주행하면서 스스로 청소를 수행한다.

현재 멀티 사이클론을 채택한 청소기들이 다수 개시되어 있다. 사이클론이란 유체에 선회류를 형성하고, 공기와 먼지의 무게 차이로부터 비롯되는 원심력 차이를 이용하여 공기와 먼지를 서로 분리하는 장치를 가리킨다. 멀티 사이클론이란 1차 사이클론을 이용하여 공기와 먼지를 서로 분리하고, 다수의 2차 사이클론을 이용하여 공기와 미세먼지를 서로 분리하는 구조를 가리킨다. 여기서 먼지와 미세먼지는 크기를 기준으로 구분된다.

예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0031304호(2015.03.23)에는 멀티 사이클론을 채택한 청소 기구가 개시되어 있다. 공기와 함께 몸체의 내부로 유입된 먼지와 미세먼지는 1차 사이클론과 2차 사이클론에 의해 순차적으로 공기로부터 분리된다. 사이클론을 채택한 청소기는 별도의 교체형 먼지 봉투를 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다.

멀티 사이클론 중 특히 2차 사이클론의 바디(실린더)에는 콘(cone)이라는 구조가 형성된다. 콘은 일측으로 갈수록 2차 사이클론의 단면적이 작아지는 형상을 의미한다. 2차 사이클론으로 유입된 공기와 미세먼지는 2차 사이클론에서 서로 분리된다. 미세먼지는 콘을 따라 미세먼지 출구로 배출되며, 공기는 미세먼지의 출구와 반대 방향에 형성되는 공기 출구로 배출된다.

이와 같은 구조는 유동 손실을 일으키는 문제가 있다. 공기의 유동 방향이 자주 변경될수록 유동 손실이 발생하는데, 2차 사이클론의 입구와 공기 출구는 서로 같은 쪽에 형성되기 때문이다. 공기는 2차 사이클론의 입구로 유입되고, 2차 사이클론 내에서 방향을 유동 바꾸어 다시 공기 출구로 배출되며, 이 과정에서 유동 손실이 발생하게 된다.

본 발명의 일 목적은 고효율 순방향, 튜브 타입, 축류식 사이클론(axial inlet type cyclone)을 이용하여, 공기의 유동 손실을 억제할 수 있는 구조의 청소기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 축류식 사이클론의 최적 배치를 통해 상기 축류식 사이클론의 효율을 극대화할 수 있는 구조를 제안하기 위한 것이다. 특히 본 발명은 축류식 사이클론으로 유입되거나 배출되는 공기의 유동 방향을 개선하고, 축류식 사이클론의 개수를 증대시킬 수 있도록 배치 등을 최적화한 구조를 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 집진장치는, 1차 사이클론부와 2차 사이클론부를 포함하고, 상기 2차 사이클론부를 구성하는 축류식 사이클론들의 집합은, 다단으로 적층되고, 입구가 상기 메쉬를 향하도록 배열되는 제1 군; 및 상기 제1 군의 일측과 타측에 각각 배치되며, 입구와 출구가 상기 집진장치의 높이 방향을 향하도록 배열되는 제2 군을 포함한다.

집진장치는, 집진장치의 외관을 형성하는 원통 형상의 하우징; 및 상기 1차 사이클론부와 상기 2차 사이클론부의 경계를 형성하도록 상기 2차 사이클론부의 외측을 감싸는 메쉬를 포함한다.

상기 1차 사이클론부는, 상기 하우징의 내측에 형성되고, 상기 하우징의 내측으로 유입된 공기로부터 먼지를 분리하도록 선회류를 일으킨다.

상기 2차 사이클론부는, 상기 사이클론을 통과한 공기와 미세먼지를 공급받으며, 공기로부터 미세먼지를 분리하도록 선회류를 일으키는 축류식 사이클론들의 집합으로 형성된다.

상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들은 서로 같은 방향을 향해 개구된 공기 출구와 미세먼지 출구를 포함하고, 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구는 상기 공기 출구와 상기 미세먼지 출구의 반대 방향을 향해 개구된다.

상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 상기 미세먼지 출구는 상기 공기 출구의 둘레에 환형으로 개구된다.

상기 제1 군에 속하는 각 축류식 사이클론은, 원통형의 바디; 상기 바디의 입구측에 배치되고, 원통형의 제1 부분과 상기 제1 부분에서 상기 바디의 출구측을 향해 돌출되는 콘(cone) 형상의 제2 부분을 구비하는 볼텍스 파인더(vortex finder); 상기 제1 부분의 외주면과 상기 바디의 내주면 사이에 형성되며, 나선 방향으로 연장되는 베인; 및 상기 바디의 출구측에 배치되고, 상기 공기 출구와 상기 공기 출구의 둘레에 형성되는 상기 미세먼지 출구를 구획하도록 형성되는 출구 구획부를 포함한다.

상기 집진장치는, 곡면 또는 평면의 바디 베이스; 및 곡면 또는 평면의 출구 베이스를 더 포함하고, 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 바디는 상기 바디 베이스의 양측으로 돌출되며, 상기 출구 베이스에는 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들에 대응되는 수의 공기 배출 구멍이 형성되고, 상기 출구 구획부는 상기 공기 배출 구멍의 둘레로부터 상기 바디의 내측을 향해 돌출된다.

상기 출구 베이스는 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치되는 제1 출구 베이스와 제2 출구 베이스를 포함하고, 상기 집진장치는, 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치되며, 상기 제1 출구 베이스 및 상기 제2 출구 베이스와 함께 다각 기둥의 측면을 형성하는 두 개의 측벽을 더 포함하고, 상기 제1 출구 베이스, 상기 제2 출구 베이스 및 상기 두 개의 측벽에 의해 감싸이는 영역에는 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기의 상승 유로가 형성되고, 상기 상승 유로는 상기 하우징의 상측에 형성되는 상기 집진장치의 출구로 통한다.

상기 집진장치는, 상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부; 상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부; 및 상기 제2 집진부에 집진된 미세먼지가 상기 상승 유로로 비산되는 것을 방지하도록 상기 제2 집진부와 상기 상승 유로를 구획하는 하부 차단부를 더 포함하고, 상기 하부 차단부는 상기 제1 출구 베이스, 상기 제2 출구 베이스 및 상기 두 측벽의 하단에 형성된다.

상기 집진장치는, 상기 메쉬의 상부 테두리를 감싸도록 형성되는 메쉬 지지부; 및 상기 제1 출구 베이스, 상기 제2 출구 베이스 및 상기 두 개의 측벽의 상단에 형성되는 상부 차단부를 더 포함하며, 상기 상부 차단부는 상기 메쉬 지지부의 내주면에 밀착되도록 원형의 외곽 테두리를 가지며, 2차 사이클론부로 유입되는 공기와 상기 상승 유로를 통해 배출되는 공기의 혼합을 방지하도록 상기 2차 사이클론부의 입구와 상기 상승 유로의 하류측을 구획한다.

상기 제2 군에 속하는 각 축류식 사이클론은, 케이싱; 상기 케이싱의 입구측에 배치되는 원통 형상의 볼텍스 파인더(vortex finder); 및 상기 볼텍스 파인더의 외주면과 상기 케이싱의 내주면 사이에 형성되며, 나선 방향으로 연장되는 베인을 포함하고, 상기 상부 차단부에는 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들에 대응되는 수의 공기 배출 구멍이 형성되고, 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 볼텍스 파인더들은 상기 상부 차단부에 형성되는 공기 배출 구멍의 둘레로부터 상기 케이싱의 내측을 향해 돌출된다.

상기 집진장치는, 상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부; 상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부; 및 상기 2차 사이클론부의 하측에 배치되며, 상기 제2 집진부에 집진된 미세먼지의 비산을 방지하도록 상기 축류식 사이클론들의 입구측과 상기 제2 집진부를 구획하는 제2 집진부 탑 커버를 더 포함하고, 상기 제2 집진부 탑 커버에는 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구가 형성되고, 상기 케이싱은 상기 제2 집진부 탑 커버에 형성되는 미세먼지 출구의 둘레로부터 상기 상부 차단부를 향해 돌출된다.

상기 집진장치는, 상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부; 상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부; 및 상기 2차 사이클론부의 하측에 배치되며, 상기 제2 집진부에 집진된 미세먼지의 비산을 방지하도록 상기 축류식 사이클론들의 입구측과 상기 제2 집진부를 구획하는 제2 집진부 탑 커버를 더 포함하고, 상기 제2 집진부 탑 커버에는 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지의 낙하를 위한 구멍이 형성된다.

상기 하우징의 내측 영역에 상기 메쉬가 배치되고, 상기 메쉬의 내측 영역에 상기 2차 사이클론부가 배치되며, 상기 상승 유로는 상기 제1 군과 제2 군에 의해 감싸이는 영역에 형성된다.

상기 바디는 상기 바디 베이스를 기준으로 상기 메쉬를 향하는 입구측과 상기 상승 유로를 향하는 출구측으로 구분되며, 상기 집진장치는 상기 바디의 출구측을 감싸도록 상기 바디 베이스에서 상기 출구측 방향으로 연장되는 테두리부를 더 포함한다.

상기 테두리부는 상기 출구 베이스의 하부를 제외한 나머지 테두리를 실링하도록 상기 출구 베이스에 밀착된다.

상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들은 서로 다른 방향을 향해 개구된 공기 출구와 미세먼지 출구를 포함하고, 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구는 상기 공기 출구와 같은 방향을 향해 개구되고 상기 미세먼지 출구와 반대 방향을 향해 개구된다.

상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구와 공기 출구는 상기 집진장치의 상측를 향해 개구되고, 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구는 상기 집진장치의 하측을 향해 개구된다.

다단으로 적층된 상기 제1 군의 적층 높이와, 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론의 높이 사이의 차이는, 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론의 외경보다 작다.

상기 집진장치는, 상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부; 및 상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부를 더 포함하고, 상기 바디의 출구측 단부와 상기 출구 베이스는 서로 이격되어 그 사이에 상기 제2 집진부로 통하는 미세먼지 낙하 유로를 형성된다.

상기 공기 출구와 상기 미세먼지 낙하 유로는 상기 출구 베이스를 따라 교번적으로 형성된다.

상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들은 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 축 방향과 평행한 방향을 따라 배열된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 제1 군의 축류식 사이클론들은 순방향 다이렉트 인렛(direct inlet) 구조와 순방향 다이렉트 아웃렛(direct outlet) 구조를 갖는다.

이를테면 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구는 메쉬를 마주보도록 배치되므로, 메쉬를 통과한 공기가 유동 방향의 변화 없이 곧바로 축류식 사이클론들의 입구로 유입된다. 또한 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구와 출구는 서로 반대측에 형성되므로, 입구를 통해 유입된 공기가 유동 방향의 변화 없이 출구를 통해 배출된다.

공기가 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들로 유입되고 배출되는 과정에서 공기의 유동 방향 변화가 발생하지 않는다. 본 발명에서 제안하는 축류식 사이클론들의 구조와 배열을 이용하면 공기의 유동 손실(압손)을 억제할 수 있으며, 집진장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들이 다단으로 적층되므로 제한된 공간 내에서 그 수를 증대시킬 수 있다. 특히 순방향, 튜브 타입, 축류식 사이클론은 다른 타입의 사이클론에 비해 소형화에 유리하다. 따라서 축류식 사이클론들의 다단 배치에 따른 사이클론의 개수 증가는 공기로부터 미세먼지를 분리하는 분리 성능을 향상시킨다.

또한, 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들은 집진장치의 높이 방향을 향하도록 배열되므로, 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들이 배치될 수 없는 영역에 배치 가능하다. 이에 따라 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들은 사공간의 발생을 억제하여 집진장치의 분리 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 축류식 사이클론들 최적 배치를 통해 축류식 사이클론들이 차지하는 공간의 확대를 억제하며, 이를 통해 먼지를 집진하는 집진부의 용량을 확대시킬 수 있다.

또한 본 발명은 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들과 제2 군에 속하는 사이클론들을 집진장치의 크기에 따라 배열, 적층 높이, 개수 조절 가능하다. 이에 따라 본 발명은 집진장치의 크기 별로 최적의 분리 성능을 발휘할 수 있는 배열을 제공한다.

도 1은 본 발명과 관련된 캐니스터 타입 청소기의 일 예를 보인 사시도다.
도 2는 도 1에 도시된 집진장치의 사시도다.
도 3은 도 2에 도시된 집진장치의 상부를 절단한 모습을 나타낸 사시도다.
도 4는 축류식 사이클론의 일 예를 보인 사시도다.
도 5는 도 2에 도시된 집진장치의 내부 구성을 보인 사시도다.
도 6은 도 2에 도시된 집진장치를 라인 A-A를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다.
도 7은 도 2에 도시된 집진장치를 라인 B-B를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다.
도 8은 도 2에 도시된 집진장치를 라인 C-C를 따라 자르고 상측에서 바라본 단면도다.
도 9는 본 발명과 관련된 로봇 청소기의 일 예를 보인 사시도다.
도 10은 로봇 청소기의 청소기 본체에 결합되는 집진장치의 측면도다.
도 11은 도 10에 도시된 집진장치의 내부 구성을 보인 사시도다.
도 12는 도 10에 도시된 집진장치를 라인 D-D를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다.
도 13은 도 10에 도시된 집진장치를 라인 E-E를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다.
도 14는 도 10에 도시된 집진장치를 라인 F-F를 따라 자르고 상측에서 바라본 단면도다.
도 15는 도 10에 도시된 집진장치를 라인 G-G를 따라 자르고 하측에서 바라본 단면도다.

이하, 본 발명에 관련된 집진장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

참고로, 본 도면에서는 캐니스터 타입의 진공 청소기(1)에 적용된 집진장치(100)를 보이고 있으나, 본 발명의 집진장치(100)가 반드시 캐니스터 타입의 진공 청소기(1)에만 한정하는 것은 아니다. 예를 들어 본 발명의 집진장치(100)는 업라이트 타입의 진공 청소기에도 적용될 수 있으며, 집진장치는 구비하는 모든 종류의 청소기에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 캐니스터 타입 청소기(1)의 일 예를 보인 사시도다.

도 1을 참조하면, 진공 청소기(1)는 청소기 본체(10), 흡입 노즐(20), 연결 유닛(30), 휠 유닛(40), 그리고 집진장치(100)를 포함한다.

청소기 본체(10)는 흡입력을 발생시키는 흡입 유닛(미도시)을 구비한다. 상기 흡입 유닛은 흡입 모터 및 상기 흡입 모터에 의해 회전되어 흡입력을 발생시키는 흡입팬을 포함한다.

흡입 노즐(20)은 흡입 노즐(20)에 인접한 공기와 이물질 등을 흡입하도록 구성된다. 여기서 이물질이란 공기를 제외한 나머지 물질을 가리키며, 먼지, 미세먼지, 초미세먼지를 포함하는 개념이다. 그리고 먼지, 미세먼지, 초미세먼지는 크기를 기준으로 구분되며, 미세먼지는 먼지보다 작고 초미세먼지보다 크다.

연결 유닛(30)은 흡입 노즐(20)과 집진장치(100)에 각각 연결되어, 흡입 노즐(20)을 통하여 흡입된 이물, 먼지, 미세먼지, 초미세먼지 등이 포함된 공기를 집진장치(100)에 전달하도록 이루어진다. 연결 유닛(30)은 호스, 파이프 형태로 구성될 수 있다.

휠 유닛(40)은 청소기 본체(10)에 회전 가능하게 결합되어, 회전에 의해 청소기 본체(10)를 전후좌우로 이동시키거나 회전 가능하게 한다.

일 예로, 휠 유닛(40)은 주 바퀴 및 보조 바퀴를 포함할 수 있다. 주 바퀴는 청소기 본체(10)의 양측에 각각 구비되고, 보조 바퀴는 주 바퀴와 함께 청소기 본체(10)를 지지하며, 주 바퀴에 의한 청소기 본체(10)의 이동을 보조하도록 이루어질 수 있다.

본 발명에서 흡입 노즐(20), 연결 유닛(30), 휠 유닛(40)은 기존의 진공 청소기에 구비되는 해당 구성들이 그대로 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

집진장치(100)는 청소기 본체(10)에 착탈 가능하게 결합된다. 집진장치(100)는 흡입 노즐(20)을 통해 흡입된 공기로부터 이물질을 분리하여 집진하고, 여과된 공기를 배출하도록 이루어진다.

기존의 진공 청소기는 연결 유닛이 청소기 본체에 형성된 흡입부에 연결되고, 흡입부에서 집진장치로 이어지는 유동 가이드를 통하여 흡입된 공기가 집진장치로 다시 유입되는 구조를 가진다. 흡입된 공기는 흡입 유닛의 흡입력에 의해 집진장치로 유입되는데, 청소기 본체의 유동 가이드를 거침에 따라 흡입력이 저하되는 문제가 발생하였다.

이에 반하여, 본 발명의 진공 청소기(1)는 도시된 바와 같이, 연결 유닛(30)이 집진장치(100)에 직접 연결된다. 이러한 연결 구조에 따르면, 흡입 노즐(20)을 통해 흡입된 공기가 집진장치(100)로 바로 유입되므로 기존보다 흡입력이 향상될 수 있다. 또한, 청소기 본체(10) 내부에 유동 가이드의 형성이 불필요하다는 장점이 있다.

이하에서는 집진장치에 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 집진장치(100)의 사시도다. 도 3은 도 2에 도시된 집진장치(100)의 상부를 절단한 모습을 나타낸 사시도다.

집진장치(100)란 흡입 노즐(20)을 통해 흡입된 공기로부터 이물질(먼지, 미세먼지, 초미세먼지 등)을 분리하여 집진하는 장치를 가리킨다. 흡입 유닛에 의해 형성되는 흡입력에 의해 공기는 집진장치(100) 내부의 유로를 따라 유동하게 되며, 이물질은 유동 과정에서 집진장치(100)의 구조에 의해 공기로부터 분리되게 된다.

집진장치(100)의 외관은 하우징(110), 상부 커버(120), 하부 커버(130)에 의해 형성된다.

하우징(110)은 집진장치(100)의 측면 외관을 형성한다. 하우징(110)은 1차 사이클론부(150), 2차 사이클론부(160, 도 5 참조) 및 메쉬(mesh)(170) 등 집진장치(100)의 내부 구성품들을 수용하도록 구성된다. 하우징(110)은 상하가 개구된 원통형으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상부 커버(120)는 하우징(110)의 상부에 결합된다. 상부 커버(120)는 힌지(125)에 의해 하우징(110)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 상부 커버(120)를 개방하고 집진장치(100)의 내측을 청소할 필요가 있을 경우에는, 힌지(125)를 중심으로 상부 커버(120)를 회전시켜 하우징(110)의 상측 개구부를 개방시키면 된다.

상부 커버(120)에는 집진장치(100)의 입구(121)와 출구(123)가 각각 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 집진장치(100)의 입구(121)는 상부 커버(120)의 일측에 형성될 수 있고, 집진장치(100)의 출구(123)는 상부 커버(120)의 타측에 형성될 수 있다.

집진장치(100)의 입구(121)는 연결 유닛(30)에 의해 흡입 노즐(20)과 연결된다. 따라서 흡입 노즐(20)을 통해 유입된 공기와 이물질은 상기 연결 유닛(30)을 통해 집진장치(100)로 유입된다. 그리고 집진장치(100)의 출구는 청소기 본체(10)의 내부 유로와 연결된다. 따라서 집진장치(100)에 의해 이물질로부터 분리된 공기는 청소기 본체(10)의 내부 유로를 통과하게 되고, 청소기 본체(10)의 외부로 배출된다.

상부 커버(120)에는 흡기 가이드(122)와 배기 가이드(124)가 각각 형성될 수 있다.

흡기 가이드(122)는 입구(121)의 하류측에 형성되며, 집진장치(100)의 내측으로 연결된다. 흡기 가이드(122)는 상부 커버(120)의 중심에서 나선 방향을 따라 하우징(110)의 내주면까지 하향 연장된다. 따라서 흡기 가이드(122)에 의해 가이드 되는 공기는 하우징(110)의 내주면을 향해 접선 방향으로 유동하게 된다. 따라서 하우징(110)의 내측으로 유입되는 공기에는 자연스럽게 선회류가 형성된다.

배기 가이드(124)는 흡기 가이드(122)의 주변에 형성된다. 상부 커버(120)의 구조물에 의해 흡기 가이드(122)와 배기 가이드(124)는 서로 구획되어 있다. 배기 가이드(124)는 흡기 가이드(122)의 양측에 형성되는 두 갈래(124a, 124b)에서 하나로 합쳐지는 구성을 가질 수 있으며, 배기 가이드(124)의 하류측에는 집진장치(100)의 출구(123)가 형성된다.

하우징(110)의 내측에는 먼지를 집진하는 제1 집진부(141)와 미세먼지를 집진하는 제2 집진부(142)가 형성된다. 상기 제1 집진부(141)와 상기 제2 집진부(142)는 하우징(110)과 하부 커버(130) 등에 의해 정의되는 영역에 형성된다.

제1 집진부(141)는 하우징(110)의 내측에 환형으로 형성된다. 제1 집진부(141)는 후술하게 될 1차 사이클론부(150)에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성된다. 제1 집진부(141)에는 구획판(111)이 형성될 수 있다. 구획판(111)은 하우징(110)의 내주면으로부터 집진부 바운더리(183)를 향해 돌출될 수 있다.

제2 집진부(142)는 제1 집진부(141)에 의해 둘러싸이는 영역에 형성된다. 하우징(110)의 내측에는 제1 집진부(141)와 제2 집진부(142)를 구획하는 원기둥 형상의 집진부 바운더리(183)가 구비될 수 있다. 상기 집진부 바운더리(183)의 외측은 제1 집진부(141)에 해당하고, 상기 집진부 바운더리(183)의 내측은 제2 집진부(142)에 해당한다. 제2 집진부(142)는 2차 사이클론부(160)에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성된다.

하부 커버(130)는 하우징(110)의 하부에 결합된다. 하부 커버(130)는 제1 집진부(141)와 제2 집진부(142)의 바닥을 형성한다.

하부 커버(130)는 힌지(131)에 의해 하우징(110)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 하부 커버(130)를 개방하고 제1 집진부(141)에 집진된 먼지와 제2 집진부(142)에 집진된 미세먼지를 배출시키고자 하는 경우에는, 체결 부재(132)에 의해 서로 체결되어 있는 하우징(110)과 하부 커버(130)의 체결을 해제하고, 힌지(131)를 중심으로 하부 커버(130)를 회전시켜 하우징(110)의 하측 개구부를 개방시키면 된다. 제1 집진부(141)에 집진된 먼지와 제2 집진부(142)에 집진된 미세먼지는 각각 자중에 의해 한번에 아래로 배출된다.

메쉬(170)는 하우징(110)의 내측에 배치된다. 메쉬(170)는 하우징(110)보다 작은 원주를 갖는 원통형으로 형성될 수 있다. 메쉬(170)에는 다수의 구멍(171)이 형성되며, 아무리 가벼운 물질이라도 메쉬(170)의 구멍(171)보다 크다면 메쉬(170)에 의해 여과된다.

메쉬(170)의 아래에는 스커트(181)가 형성될 수 있다. 스커트(181)는 하부 커버(130)에 가까워질수록 하우징(110)의 내측면에 가까워지는 경사를 형성할 수 있다. 스커트(181)는 제1 집진부(141)에 집진된 먼지의 비산을 방지하는 역할을 한다.

스커트(181)의 외주면에는 나선 방향을 따라 리브(182)가 돌출될 수 있다. 리브(182)는 메쉬(170)에 의해 여과된 이물질의 자연스러운 낙하를 유도하여 제1 집진부(141)에 집진되도록 한다. 스커트(181)의 아래에는 앞서 설명된 집진부 바운더리(183)가 형성된다.

상기 스커트(181), 리브(182), 집진부 바운더리(183)는 일체의 부재로 형성될 수 있다. 이 부재는 이너 하우징(inner housing)(180)으로 명명될 수 있다.

1차 사이클론부(150)는 하우징(110)의 내측에 형성된다. 구체적으로 1차 사이클론부(150)는 하우징(110)과 메쉬(170), 그리고 선회류를 형성하는 흡기 가이드(122)에 의해 형성된다.

1차 사이클론부(150)는 하우징(110)의 내측으로 유입된 공기로부터 먼지를 분리하도록 선회류를 일으킨다. 청소기 본체의 내측에 설치된 흡입 모터로부터 제공되는 흡입력이 집진장치(100)의 내측에까지 영향력을 미치게 되면, 공기와 이물질이 1차 사이클론부(150) 내에서 선회 운동을 하게 된다.

흡기 가이드(122)에 의해 1차 사이클론부(150)의 접선 방향으로 흡입된 공기와 이물질에 선회류가 형성되면, 상대적으로 가벼운 공기와 미세먼지는 메쉬(170)의 구멍을 통과해 메쉬(170)의 내측으로 흐르게 된다. 반대로 상대적으로 무거운 먼지는 하우징(110)의 내측면을 따라 유동하게 되고, 제1 집진부(141)로 낙하하게 된다.

2차 사이클론부(160)는 메쉬(170)에 의해 정의되는 영역의 내측에 배치된다. 이하에서는 2차 사이클론부에 속하는 축류식 사이클론(160a) 하나의 구조에 대하여 먼저 설명하고, 이어서 2차 사이클론부(160)의 배치와 작동에 대하여 설명한다.

도 4는 축류식 사이클론(160a)의 일 예를 보인 사시도다.

사이클론은 공기의 유입 구조에 따라 축류식(axial inlet type)과 접선 유입식(tangential inlet type)으로 구분된다. 축류식 사이클론의 경우 공기가 사이클론의 축 방향을 따라 유입되며, 접선 유입식 사이클론의 경우 공기가 사이클론의 접선 방향을 따라 유입된다.

축류식 사이클론은 다시 형상에 따라 콘(cone) 타입과 튜브(tube) 타입으로 구분된다. 콘 타입은 내경의 크기가 점차 작아지는 구조를 갖는 반면, 튜브 타입은 내경의 크기가 일정한 구조를 갖는다. 콘은 회전 속도의 증대를 통한 원심력을 증대시키기 위한 목적으로 구비된다.

콘 타입은 역방향 유동 구조만 가질 수 있는 반면, 튜브 타입은 역방향과 순방향 유동 구조 중 어느 하나를 선택적으로 가질 수 있다. 역방향 유동 구조란 공기의 입구와 공기의 출구가 같은 방향을 향해 개구되어 있어 공기의 입구로 유입된 공기가 유동 방향을 반전시켜 공기의 출구로 배출되는 구조를 가리킨다. 이와 달리 순방향 유동 구조란 공기의 입구와 공기의 출구가 서로 반대 방향을 향해 개구되어 있어 공기의 입구로 유입된 공기가 유동 방향을 유지한 채 공기의 출구로 배출되는 구조를 가리킨다.

유동 방향의 반전 과정에서 유동 손실(압손)이 발생하기 때문에, 순방향 유동 구조가 역방향 유동 구조에 유동 손실을 억제할 수 있는 장점을 갖는다.

도 4에서 설명하는 축류식 사이클론(160a)은 축류식, 튜브 타입에 해당하며, 순방향 유동 구조를 갖는다.

축류식 사이클론(160a)은 다수가 집합되어 2차 사이클론부를 형성한다. 따라서 축류식 사이클론(160a)은 사이클론(150)과 메쉬(170)를 통과한 공기와 미세먼지를 공급받는다. 그리고 축류식 사이클론(160a)은 공기로부터 미세먼지를 분리하도록 선회류를 일으킨다.

축류식 사이클론(160a)은 축 방향을 따라 공기(A)와 미세먼지(F)를 공급받는다. 축 방향이란 축류식 사이클론(160a)의 입구(I)와 출구(O1, O2)를 향해 연장되는 방향을 가리킨다. 축 방향을 따라 공기와 미세먼지를 공급받으면 360°(도)에서 균일하게 대칭적으로 유동이 형성되므로, 어느 한 영역으로 유동이 집중되는 현상의 발생을 방지할 수 있다.

축류식 사이클론(160a)은 바디(161a), 볼텍스 파인더(vortex finder)(161b), 베인(vane)(161c) 및 출구 구획부(162a)를 포함한다.

바디(161a)는 축류식 사이클론(160a)의 외관을 형성하고, 축류식 사이클론(160a)의 내측과 외측의 경계를 형성한다. 바디(161a)는 속이 빈 원통형으로 형성되며, 바디(161a)의 내경은 일정하다. 바디(161a)의 일측(도 4의 위쪽, 161a1)과 타측(도 4의 아래쪽, 161a2)은 개구된다. 도 4에서 개구된 위쪽(161a1)이 바디(161a)의 입구(I)에 해당하고, 개구된 아래쪽(161a2)이 바디(161a)의 출구(O1, O2)에 해당한다. 따라서 바디(161a)의 입구(I)와 출구(O1, O2)는 서로 반대 방향을 향해 개구된다.

볼텍스 파인더(161b)는 바디(161a)의 입구측(161a1)에 배치된다. 볼텍스 파인더(161b)는 제1 부분(161b1)과 제2 부분(161b2)을 포함한다. 제1 부분(161b1)은 원통형으로 형성된다. 그리고 제2 부분(161b2)은 제1 부분(161b1)에서 바디(161a)의 출구(O1, O2)측을 향해 돌출되며, 콘(cone) 형상을 가질 수 있다.

축류식 사이클론(160a)의 제2 부분(161b2)은 막혀 있다. 따라서 공기가 볼텍스 파인더(161b)의 내측으로 배출되지 않는다. 공기가 볼텍스 파인더(161b)의 내측으로 배출되지 않으므로, 공기는 바디(161a)의 내측에서 유동 방향을 바꾸지 않는다.

베인(161c)은 제1 부분(161b1)의 외주면과 바디(161a)의 내주면 사이에 형성된다. 베인(161c)은 복수로 구비될 수 있으며, 나선 방향으로 연장된다.

볼텍스 파인더(161b)와 베인(161c)에 의해 상기 볼텍스 파인더(161b)의 외주면과 바디(161a)의 내주면 사이에서 공기와 미세먼지의 선회류가 형성된다.

축류식 사이클론(160a)의 출구(O1, O2)는 공기 출구(O1)와 미세먼지 출구(O2)를 포함한다. 공기 출구(O1)와 미세먼지 출구(O2)는 서로 같은 방향{바디(161a)의 출구측(161a2))을 향해 개구된다. 출구 구획부(162a)는 바디(161a)의 출구측(161a2)에 배치되고, 공기 출구(O1)와 미세먼지 출구(O2)를 구획하도록 형성된다.

도 4를 참조하면 미세먼지 출구(O2)는 공기 출구(O1)의 둘레에 환형(ring shape)으로 형성된다. 출구 구획부(162a)에 의해 정의되는 내측 영역이 공기 출구(O1)에 해당한다. 그리고 출구 구획부(162a)의 외주면과 바디(161a)의 내주면 사이의 영역이 미세먼지 출구(O2)에 해당한다. 출구 구획부(162a)는 원통형으로 형성되고, 공기 출구(O1)와 미세먼지 출구(O2)를 구획한다.

도 4를 참조하면, 바디(161a)와 볼텍스 파인더(161b)는 베인(161c)에 의해 서로 연결될 수 있다. 따라서 바디(161a), 볼텍스 파인더(161b) 및 베인(161c)은 하나의 부재에 의해 형성될 수 있으며, 이 하나의 부재는 제1 부재(161)로 명명될 수 있다. 반면, 출구 구획부(162a)는 바디(161a)로부터 이격되어 있다. 따라서 출구 구획부(162a)는 별도의 부재에 의해 형성되며, 상기 별도의 부재는 제2 부재(162)로 명명될 수 있다. 축류식 사이클론들은 제1 부재(161)와 제2 부재(162)의 결합에 의해 형성될 수 있다.

이하에서는 상기 축류식 사이클론들을 포함하는 집진장치의 내부 구성에 대하여 설명한다.

도 5는 도 2에 도시된 집진장치(100)의 내부 구성을 보인 사시도다.

2차 사이클론부(160)는 축류식 사이클론들(1611, 1612, 1621, 1622)의 집합으로 형성된다. 상기 축류식 사이클론들(1611, 1612, 1621, 1622)은 축방향을 따라 공기와 미세먼지를 공급받고, 공기로부터 미세먼지를 분리하도록 선회류를 일으키도록 형성된다. 2차 사이클론부(160)에 포함되는 축류식 사이클론들(1611, 1612, 1621, 1622)은 종류와 배치에 따라 제1 군(1611, 1612)과 제2 군(1621, 1622)으로 구분될 수 있다.

제1 군(1611, 1612)은 도 4에서 설명된 순방향, 축류식, 튜브 타입으로 구분되는 종류의 사이클론들로 구성된다. 이와 달리 제2 군(1621, 1622)은 역방향, 축류식, 튜브 타입으로 구분되는 종류의 사이클론들로 구성된다. 다만 제2 군(1621, 1622)은 튜브 타입이 아니라 콘 타입 사이클론들로 구성되는 것도 가능하다. 이하에서는 제1 군(1611, 1612)과 제2 군(1621, 1622)의 세부 구성에 대하여 순차적으로 설명한다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은, 입구(I, 도 8 참조)가 메쉬(170)를 향하도록 배열된다. 메쉬(170)는 측방향에서 2차 사이클론부(160)를 감싸기 때문에, 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 수평 방향으로 뉘여진 배열을 갖는다. 1차 사이클론부(150)를 통과한 공기는 메쉬(170)를 통과해 2차 사이클론부(160)로 유입된다. 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I)는 메쉬(170)를 향해 개구되어 있으므로, 메쉬(170)의 구멍(171)을 통과한 공기를 유동 방향의 변화 없이 그대로 공급받을 수 있다. 유동 방향의 변화는 압손을 유발하기 때문에, 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 배열은 압손을 억제할 수 있다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 다단으로 적층된 구조를 갖는다. 도 5에는 축류식 사이클론들이 4단으로 적층된 구조가 도시되어 있다. 단 수는 집진장치(100)의 높이에 따라 결정될 수 있다.

제한된 공간 내에 더 많은 사이클론이 배치될수록 집진장치(100)의 분리 성능이 향상된다. 따라서 수평 방향으로 뉘여진 축류식 사이클론들이 다층으로 적층된다면, 축류식 사이클론의 수 증대를 통해 2차 사이클론부(160)의 분리 성능 향상을 기대할 수 있다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 튜브 타입 구조를 갖는다. 따라서 바디(161a)의 내경이 일정하다. 도 5를 참조하면 바디(161a)의 입구측 내경과 출구측 내경이 일정한 것을 알 수 있다.

제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 공기 출구(O1, 도 8 참조) 및 미세먼지 출구(O2, 도 8 참조)는 서로 같은 방향을 향해 개구된다. 그리고 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I)는 공기 출구(O1) 및 미세먼지 출구(O2)와 반대 방향을 향해 개구된다. 제1 군(1611, 1612)은 순방향, 축류식, 튜브 타입으로 구분되는 종류의 사이클론들로 구성되기 때문이다.

콘 타입의 바디는 입구측 내경보다 출구측 내경이 작다. 반면, 튜브 타입의 바디(161a)는 입구측 내경과 출구측 내경이 동일하다. 따라서 튜브 타입 바디(161a)의 출구측에 공기 출구와 미세먼지 출구가 모두 형성될 수 있으며, 이에 따라 순방향 사이클론으로 형성되기 용이한 장점이 있다. 반면, 콘 타입 바디는 통상적으로 역방향 사이클론만 가능하며, 순방향 사이클론으로 형성되기에 부적절하다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 튜브 타입으로 구성되므로, 이 축류식 사이클론들은 순방향 사이클론들로 형성되기에 적합하다. 그리고 제1 군(1611, 1612)이 순방향 축류식 사이클론들로 구성되므로, 공기의 유동 방향 변경 억제를 통해 집진장치(100)의 분리 성능 향상을 기대할 수 있다.

다음으로는 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들에 대하여 설명한다.

사이클론의 수와 각 사이클론의 축 방향 길이는 분리 성능에 영향을 미친다. 사이클론의 분리 성능을 향상시키기 위해서는 사이클론의 수는 많을수록, 각 사이클론의 축 방향 길이는 길수록 바람직하다. 그러나 하우징(110) 내의 공간은 제한적이다. 따라서 사이클론의 수와 각 사이클론의 축 방향 길이가 무한정 늘어날 수는 없다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들을 형성하는 바디(161a)들은 모두 동일한 축 방향 길이를 갖는다. 반면 하우징(110)은 원통형의 형상을 갖기 때문에 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 일측과 타측에는 나머지와 동일한 축 방향 길이를 갖는 축류식 사이클론이 더 이상 수평 방향으로 배치될 수 없다. 축류식 사이클론들이 수평 방향으로 뉘여져 배치될만한 공간이 하우징(110)의 형상으로 인해 확보되지 못하기 때문이다.

만일 이 공간이 그대로 버려진다면 하우징(110) 내에 사공간(dead zone)이 발생하게 된다. 사공간이란 사이클론들의 수나 각 사이클론의 축 방향 길이 증가를 통한 2차 사이클론부(160)의 분리 성능 향상에 기여하지 못하고 버려지는 공간을 의미한다.

제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들은 입구와 출구가 집진장치(100)의 높이 방향을 향하도록 배열된다. 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들은 수직 방향으로 세워진 배열을 갖는다. 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들 중 하나가 차지하는 수평 방향의 면적은 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들 중 하나가 차지하는 수평 방향 면적보다 작다.

이에 따라 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들은 제1 군(1611, 1612)의 일측과 타측에 각각 배치될 수 있다. 도 5를 참조하면 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들은 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 축 방향과 평행한 방향을 따라 4개씩 배열되는 것을 알 수 있다.

제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들이 제1 군(1611, 1612)의 일측과 타측에 수직 방향으로 배치되면, 사공간이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있다. 사공간의 발생이 억제되면, 2차 사이클론부(160)의 분리 성능 향상이 기대될 수 있다.

제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 공기 출구(O1, 도 7 참조)와 미세먼지 출구(O2, 도 7 참조)는 서로 다른 방향을 향해 개구된다. 그리고 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I, 도 7 참조)는 공기 출구와 같은 방향을 향해 개구되고 미세먼지 출구와 반대 방향을 향해 개구된다.

구체적으로, 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I)와 공기 출구(O1)는 집진장치(100)의 상측을 향해 개구된다. 반대로 제2 군(1621, 1622)에 속하는 사이클론들의 미세먼지 출구는 집진장치(100)의 하측을 향해 개구된다.

따라서 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구를 통해 유입된 공기는 유동 방향을 반전시켜 다시 집진장치(100)의 상측을 향해 배출된다. 이에 따라 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들은 역방향 구조로 분류된다.

제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들은 각각 케이싱(163), 볼텍스 파인더(164) 및 베인(165)을 포함한다. 케이싱(163)은 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 바디(161a)에 대응된다. 바디(161a)와 케이싱(163)은 구조적 차이를 제외하고는 실질적으로 동일한 구성이다.

제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 볼텍스 파인더(164) 및 베인(165)은 각각 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 볼텍스 파인더(161b) 및 베인(161c)에 대응되는 구성이다. 따라서 이들에 대한 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

이하에서는 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들에서 배출되는 공기를 집진장치(100)의 외부로 배출하기 위한 공기의 상승 유로(R)에 대하여 설명한다.

도 2에서 설명한 바와 같이 집진장치(100)의 출구(123)는 집진장치(100)의 상부에 형성될 수 있다. 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들은 공기 출구(O1)로부터 배출되는 공기를 배기 가이드(124)나 집진장치(100)의 출구(123)로 가이드 하기 위한 별도의 구조물을 필요로 하지 않는다. 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들은 집진장치(100)의 상측을 향하는 공기 출구(O1)를 갖기 때문이다.

반대로 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들은 수평 방향으로 뉘여져 있기 때문에 집진장치(100)의 상부에 형성되는 출구로 공기를 배출되게 하기 위해서는 별도의 유로가 필요하다. 본 명세서에서는 수평 방향으로 배출된 공기를 출구까지 상승시켜 배출한다는 의미로 이 유로를 상승 유로(R)라고 명명한다.

이 상승 유로(R)를 기준으로 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 다시 제1 열(1611)과 제2 열(1612)로 구분된다. 상승 유로(R)의 일측 배치되는 축류식 사이클론들은 제1 열(1611)에 해당하고, 상승 유로(R)의 타측에 배치되는 축류식 사이클론들은 제2 열(1612)에 해당한다. 제1 열(1611)의 축류식 사이클론들과 제2 열(1612)의 축류식 사이클론들은 서로 반대 방향을 향하도록 배열된다.

상승 유로(R)는 제1 열(1611)과 제2 열(1612)의 사이에 배치된다. 제1 열(1611)에 배치된 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기와 제2 열(1612)에 배치된 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기는 모두 상승 유로(R)로 배출된다. 그리고 상승 유로(R)에서 집진장치(100)의 출구를 향해 상승하게 된다.

집진장치(100)는 상승 유로(R)를 형성하기 위해 출구 베이스(162b’, 162b”)와 측벽(162f)을 포함한다.

출구 베이스(162b’, 162b”)는 곡면 또는 평면을 갖는다. 출구 베이스(162b’, 162b”)는 원기둥 또는 다각 기둥의 측면에 해당한다. 도 5에서는 출구 베이스(162b’, 162b”)가 사각 기둥의 측면에 해당하는 구성을 보이고 있다.

출구 베이스(162b’, 162b”)는 제1 군(1611, 1612)의의 열과 동일한 수로 구비된다. 이를테면, 도 5에서는 제1 군(1611, 1612)의 제1 열(1611)과 제2 열(1612)에 대응되도록 2개의 출구 베이스(162b’, 162b”)가 구비되는 구성을 보이고 있다. 두 출구 베이스(162b’, 162b”)는 상승 유로(R)를 형성하기 위해 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치된다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 두 출구 베이스(162b’, 162b”) 중 제1 열(1611) 측에 배치되는 출구 베이스를 제1 출구 베이스(162b’)로 명명하고, 제2 열(1612) 측에 배치되는 출구 베이스를 제2 출구 베이스(162b”)로 명명한다. 제1 출구 베이스(162b’)와 제2 출구 베이스(162b”)는 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치된다.

측벽(162f)은 출구 베이스(162b’, 162b”)와 함께 사각 기둥의 나머지 측면을 형성한다. 측벽(162f)은 출구 베이스(162b’, 162b”)와 마찬가지로 두 개가 구비된다. 두 측벽(162f)은 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치된다. 도 5에서는 두 측벽(162f)과 두 출구 베이스(162b’, 162b”)에 의해 사각 기둥의 측면이 형성되는 구성을 보이고 있다.

두 출구 베이스(162b’, 162b”)와 두 측벽(162f)에 의해 감싸이는 영역에는 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기의 상승 유로(R)가 형성된다. 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기는 제1 열(1611)과 제2 열(1612) 사이의 상승 유로(R)로 모이게 된다. 상승 유로(R)는 하우징(110)의 상측에 형성되는 집진장치(100)의 출구(123)로 통한다. 따라서 공기는 흡입 모터의 흡입력에 의해 상승하게 되고, 배기 가이드(124)를 따라 집진장치(100)의 출구(123)로 배출된다.

각 출구 베이스(162b’, 162b”)에는 공기 배출 구멍(162c)들이 형성된다. 공기 배출 구멍(162c)들은 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들과 동일한 수만큼 형성된다. 또한, 공기 배출 구멍(162c)들은 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 바디(161a)들과 동일한 배열을 갖는다. 이를테면 공기 배출 구멍(162c)들은 다단으로 적층될 수 있으며, 각 단마다 다수의 공기 배출 구멍(162c)들이 형성될 수 있다.

출구 구획부(162a)는 각 공기 배출 구멍(162c)의 둘레로부터 바디(161a)의 내측을 향해 돌출된다. 공기 배출 구멍(162c)은 출구 베이스(162b’, 162b”)에 형성되기 때문에, 출구 구획부(162a)는 출구 베이스(162b’, 162b”)로부터 돌출되는 것으로 이해될 수도 있다. 출구 구획부(162a)들도 공기 배출 구멍(162c)들과 마찬가지로 바디(161a)들의 배열과 동일한 배열을 갖는다.

출구 구획(162a)부들이 각 바디(161a)의 출구측에 부분적으로 삽입됨에 따라 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들이 형성된다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들과 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이크론들은 지지 부재(190)에 의해 지지될 수 있다. 지지 부재(190)는 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들 중 아래쪽 단을 수용하고 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 출구측을 수용하도록 형성될 수 있다.

지지 부재(190)는 수용부(191), 경사부(192) 및 집진 가이드(193)를 포함한다. 지지 부재(190)의 외주면에는 실링 부재(194)가 결합될 수 있다. 지지 부재(190)의 각 구성에 대하여는 도 6을 참조하여 후술한다.

도 6은 도 2에 도시된 집진장치(100)를 라인 A-A를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다. 도 7은 도 2에 도시된 집진장치(100)를 라인 B-B를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다.

도 6을 참조하면, 하부 차단부(162e)는 제1 출구 베이스(162b’), 제2 출구 베이스(162b”) 및 두 측벽(162f)의 하단에 형성된다. 집진장치(100)의 출구 베이스(162b’, 162b”)와 측벽(162f)이 원기둥 또는 다각 기둥의 측면에 해당한다면, 하부 차단부(162e)는 상기 원기둥 또는 다각 기둥의 밑면에 해당한다. 상기 원기둥 또는 다각 기둥의 윗면은 상승 유로(R)를 통한 공기의 배출을 위해 개구되어 있다.

하부 차단부(162e)는 흡입 모터에서 발생되는 흡입력이 제2 집진부(142)에 집진된 미세먼지에까지 미치는 것을 차단하도록 상승 유로(R)와 제2 집진부(142)를 구획한다. 따라서 하부 차단부(162e)는 제2 집진부(142)에 집진된 미세먼지가 공기의 상승 유로(R)로 비산되는 것을 방지한다.

만일 하부 차단부(162e)가 없다면, 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구(O2, 도 8 참조)로부터 배출되는 미세먼지는 제2 집진부(142)로 집진되지 못하고 상승 유로(R)를 따라 상승하여 공기와 다시 혼합되어 버린다. 1차 사이클론부(150)의 미세먼지 출구(O2)에서 배출되는 미세먼지의 낙하를 위한 구멍(H)이 하부 차단부(162e)의 바로 아래에 형성되기 때문이다.

하우징(110)의 내측 영역에 메쉬(170)가 배치된다. 메쉬(170)는 1차 사이클론부(150)와 2차 사이클론부(160)의 경계를 형성하도록 2차 사이클론부(160)의 외측을 감싼다. 메쉬(170)의 내측 영역에 2차 사이클론부(160)의 축류식 사이클론들이 배치된다. 그리고 제1 군(1611, 1612)과 제2 군(1621, 1622)에 의해 감싸이는 영역에 공기의 상승 유로(R)가 형성된다.

상기 메쉬(170)를 지지하기 위해 집진장치(100)는 메쉬 지지부(112)를 더 포함할 수 있다. 메쉬 지지부(112)는 메쉬(170)의 원주에 대응되는 원주를 가지며, 메쉬(170)의 상부 테두리를 감싸도록 형성된다. 메쉬 지지부(112)는 하우징(110)과 일체로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상부 차단부(162d)는 제1 출구 베이스(162b’), 제2 출구 베이스(162b”) 및 두 개의 측벽(162f)의 상단에 형성된다. 상부 차단부(162d)는 상승 유로(R)의 둘레에서 메쉬(170) 지지부를 향해 원주 방향으로 확장된다. 상부 차단부(162d)는 메쉬(170) 지지부의 내주면에 밀착되도록 원형의 외곽 테두리를 갖는다.

상부 차단부(162d)가 2차 사이클론부(160)로 유입되는 공기와 상승 유로(R)를 통해 배출되는 공기의 혼합을 방지하도록 2차 사이클론부(160)의 입구와 상승 유로(R)의 하류측을 구획한다. 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구(O2)는 공기 출구(O1)의 둘레에 형성되므로, 미세먼지는 공기 출구(O1)의 둘레를 통해 배출된다. 그러나 후술하게 될 미세먼지 낙하 유로(D1, D2)를 제외하고 나머지 영역은 출구 베이스(162b’, 162b”)와 상부 차단부(162d)에 의해 막혀있으므로, 유입 공기와 배출 공기의 상호 혼합이 방지될 수 있다.

상부 차단부(162d)의 위에는 프리 필터(미도시)가 배치될 수 있다. 프리 필터는 상승 유로(R)를 통해 배출되는 공기로부터 초미세먼지를 여과하도록 형성될 수 있다. 프리 필터는 공기의 흐름을 기준으로 흡입 모터의 상류측에 배치되기 때문에 프리 필터라고 명명된다.

바디 베이스(161d)는 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 바디(161a)들을 지지하도록 형성된다. 바디 베이스(161d)는 곡면 또는 평면으로 형성되며, 바디(161a)들은 바디 베이스(161d)의 양측으로 돌출된다. 바디 베이스(161d)를 기준으로 메쉬(170)를 향하는 입구측과 상승 유로(R)를 향하는 출구측이 구분될 수 있다.

테두리부(161e)는 바디(161a)의 출구측을 감싸도록 바디 베이스(161d)에서 출구측 방향으로 연장된다. 바디 베이스(161d)는 사각 기둥의 어느 한 측면에 해당하고, 테두리부(161e)는 사각 기둥의 어느 두 측면과 상면에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.

테두리부(161e)는 출구 베이스(162b’, 162b”)의 하부를 제외한 나머지 테두리를 실링하도록 출구 베이스(162b’, 162b”)에 밀착된다. 출구 베이스(162b’, 162b”)의 하부는 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지의 낙하 유로를 형성하여야 하므로 개방되어야 한다. 그래야 미세먼지가 제2 집진부(142)로 낙하될 수 있다.

반대로 출구 베이스(162b’, 162b”)의 하부를 제외한 나머지 테두리는 실링되어야 한다. 만일 나머지 테두리가 실링되지 않으면, 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지가 다시 제 1군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구로 유입될 우려가 있기 때문이다. 테두리부(161e)는 이 실링의 역할을 한다.

도 7을 참조하면, 상승 유로(R)의 일측과 타측에는 각각 제2 군(1621, 1622)의 공기 배출 구멍(162h)이 형성된다. 공기 배출 구멍(162h)은 상부 차단부(162d)에 형성되며, 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들에 대응되는 수만큼 형성된다.

제2 집진부 탑 커버(162g)는 2차 사이클론부(160)의 하측에 배치된다. 제2 집진부 탑 커버(162g)는 상부 차단부(162d)를 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 집진부 탑 커버(162g)는 제2 집진부(142)에 집진된 미세먼지의 비산을 방지하도록 축류식 사이클론들의 입구측과 제2 집진부(142)를 구획한다. 제2 집진부 탑 커버(162g)는 지지 부재(190)의 내주면에 원주 방향을 따라 밀착될 수 있다.

제2 집진부 탑 커버(162g)에는 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지의 낙하를 위한 구멍(H)이 형성된다. 이 구멍은 하부 차단부(162e)의 바로 아래에 형성될 수 있으며, 하부 차단부(162e)보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지는 이 구멍(H)을 통해 제2 집진부(142)로 낙하하여 집진된다.

제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 볼텍스 파인더(164)들은 상부 차단부(162d)에 형성되는 공기 배출 구멍(162h)의 둘레로부터 케이싱(163)의 내측을 향해 돌출된다. 그리고 베인(165)은 볼텍스 파인더(164)의 외주면과 케이싱(163)의 내주면 사이에 형성되며, 나선 방향으로 연장된다.

제2 집진부 탑 커버(162g)에는 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구(O2)가 형성된다. 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 케이싱(163)은 제2 집진부 탑 커버(162g)에 형성되는 미세먼지 출구(O2)의 둘레로부터 상부 차단부(162d)를 향해 돌출된다.

제2 군(1621, 1622)의 사이클론들은 축 방향으로 공기를 공급받는다. 케이싱(163)의 입구측 내경과 출구측 내경은 동일하다. 제2 군(1621, 1622)의 사이클론들로 유입된 공기는 유동 방향을 반전시켜 입구에 의해 감싸이는 영역에 형성되는 공기 출구로 배출된다. 따라서 제2 군(1621, 1622)의 사이클론들은 축류식, 튜브 타입, 역방향 사이클론들로 구분된다.

다단으로 적층된 제1 군(1611, 1612)의 적층 높이를 H1이라고 할 수 있다. 그리고 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 높이를 H2라고 할 수 있다. 이때 H1과 H2 사이의 높이 차이를 HD라고 할 수 있다. 상기 높이 차이(HD)는 제1 군(1611, 1612)에 속하는 어느 한 축류식 사이클론의 외경(OD)보다 작다. 이러한 관계는 사공간의 발생을 최소화 하기 위한 것이다.

만일 제1 군(1611, 1612)에 속하는 어느 한 축류식 사이클론의 외경(OD)보다 상기 높이 차이(HD)가 더 크다면, 이는 집진장치(100)의 높이 방향으로 사공간이 존재하는 것을 의미한다. 또한 이는 다단으로 적층된 제1 군(1611, 1612)의 한 단을 더 늘리거나 한 단을 줄여서 상기 높이 차이(HD)를 상기 외경(OD)보다 작게 만들 여지가 있다는 것을 의미한다. 따라서 상기 높이 차이(HD)를 외경(OD)보다 작게 만들면, 높이 방향의 사공간 발생을 억제하여 2차 사이클론부(160)의 분리 성능 향상에 기여할 수 있다.

이하에서는 도 6과 도 7을 참조하여 공기와 이물질의 분리 과정에 대하여 설명한다.

진공 청소기(1)의 흡입 모터에서 발생하는 흡입력에 의해 공기와 이물질은 흡입 노즐(20), 연결 유닛(30)을 순차적으로 통과하고, 집진장치(100)의 입구를 통해 집진장치(100)의 내부로 유입된다.

집진장치(100)의 내부로 유입된 공기는 하우징(110)의 내측에서 선회 운동하게 된다. 공기보다 무거운 먼지의 원심력은 공기의 원심력보다 크다. 따라서 먼지는 하우징(110)의 내주면을 따라 선회 운동하다가 낙하하여 제1 집진부(141)에 집진된다.

공기는 메쉬(170)의 구멍(171)을 통과해 2차 사이클론부(160)로 유입된다.

제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I)는 메쉬(170)를 향하도록 배열되어 있으므로, 수평 방향으로 메쉬(170)의 구멍(171)을 통과한 공기는 유동 방향의 변화 없이 그대로 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로 유입된다.

이에 반해 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I)는 집진장치(100)의 상측을 향하도록 배열되어 있으므로, 메쉬(170)를 통과한 공기는 유동 방향을 수직 방향으로 변경하여 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들로 유입된다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로 유입된 공기와 미세먼지는 베인(161c)에 의해 수평 방향의 축을 중심으로 선회 운동하게 된다. 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들로 유입된 공기는 베인(165)에 의해 수직 방향의 축을 중심으로 선회 윤동을 하게 된다. 공기보다 무거운 미세먼지의 원심력은 공기의 원심력보다 크다. 따라서 공기와 미세먼지는 원심력의 차이에 의해 서로 분리된다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기는 상승 유로(R)와 배기 가이드(124)를 순차적으로 통과하고 집진장치(100)의 출구로 배출된다. 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지는 제2 집진부 탑 커버(162g)의 구멍을 통과해 제2 집진부(142)로 집진된다.

제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기는 상부 차단부(162d)의 공기 배출 구멍(162h)을 통과하고, 배기 가이드(124)를 통해 집진장치(100)의 출구(123)로 배출된다. 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지는 제2 집진부 탑 커버(162g)의 미세먼지 출구(O2)를 통해 제2 집진부(142)로 집진된다.

도 6과 도 7을 참조하면, 지지 부재(190)는 수용부(191), 경사부(192), 집진 가이드(193)를 포함한다. 수용부(191)는 지지 부재(190)의 가장 윗 부분에 해당하고, 집진 가이드(193)는 지지 부재(190)의 가장 아래 부분에 해당한다. 경사부(192)는 수용부(191)와 집진 가이드(193) 사이에 형성된다. 수용부(191)와 집진 가이드(193)는 원통형으로 형성되고, 수용부(191)는 집진 가이드(193)에 비해 큰 단면적을 갖는다.

수용부(191)는 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들 중 아래쪽 단을 감싸도록 형성된다. 다만, 상기 아래쪽 단으로 유입되는 공기와 미세먼지의 유로를 차단하지 않도록, 수용부(191)의 내주면은 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구(I)로부터 이격되어야 한다.

경사부(192)는 지지 부재(190)의 아래로 갈수록 점차 단면적이 작아지도록 경사지게 형성된다. 따라서 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지는 경사부(192)를 따라 자연스럽게 흘러내리게 된다.

집진 가이드(193)는 경사부(192)로부터 하부 커버(130)를 향해 돌출되며, 집진부 바운더리(183)의 내측에 삽입된다. 따라서 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지는 집진 가이드(193)에 의해 제2 집진부(142)로 가이드 된다.

이너 하우징(inner housing)(180)의 상단에는 메쉬(170)가 거치될 수 있다. 이너 하우징(180)은 지지 부재(190)를 감싸도록 형성된다. 이너 하우징(180)의 상부에는 앞서 설명된 스커트(181)가 형성된다. 그리고 이너 하우징(180)의 하부에는 집진부 바운더리(183)가 형성된다. 집진부 바운더리(183)는 하부 커버(130)에 밀착되어 집진부(140)를 제1 집진부(141)와 제2 집진부(142)로 구획한다. 스커트(181)와 집진부 바운더리(183) 사이에는 지지 부재(190)의 안착을 위한 안착부(184)가 형성된다. 안착부(184)는 지지 부재(190)의 경사부(192)와 마찬가지로 경사지게 형성될 수 있다.

이너 하우징(180)의 내주면과 지지 부재(190)의 외주면 사이에는 환형의 실링 부재(194)가 배치될 수 있다. 실링 부재(194)는 복수로 구비될 수 있다. 지지 부재(190)가 이너 하우징(180)에 삽입되면, 실링 부재(194)는 이너 하우징(180)과 지지 부재(190) 사이를 실링한다. 이에 따라 제2 집진부(142)에 집진된 미세먼지의 누설을 방지할 수 있다.

도 8은 도 2에 도시된 집진장치(100)를 라인 C-C를 따라 자르고 상측에서 바라본 단면도다.

하우징(110)의 내측 영역에는 메쉬(170)가 배치된다. 1차 사이클론부(150)는 하우징(110)의 내주면과 메쉬(170)의 외주면 사이에 형성된다. 메쉬(170)의 내측 영역에는 2차 사이클론부(160)가 배치된다.

2차 사이클론부(160)는 수평 방향을 향하도록 뉘여져 있는 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들과 수직 방향을 향하도록 세워져 있는 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들을 포함한다.

제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 다단으로 적층된다. 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 다시 상승 유로(R)의 일측에 배열되는 제1 열(1611)과, 상승 유로(R)의 타측에 배열되는 제2 열(1612)을 포함한다. 제1 열(1611)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구와 제2 열(1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 입구는 서로 반대 방향을 향하도록 배열된다. 제1 열(1611)에 속하는 축류식 사이클론들의 출구와 제2 열(1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 출구는 상승 유로(R)를 향하도록 배열된다.

제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들은 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 일측과 타측에 각각 배치된다. 제2 군(1621, 1622)에 속하는 축류식 사이클론들은 사공간을 줄여 2차 사이클론부(160)의 분리 성능 향상에 기여한다.

상기 상승 유로(R)는 제1 군(1611, 1612)과 제2 군(1621, 1622)에 의해 감싸이는 영역에 형성된다.

바디(161a)의 출구측(161a2) 단부와 출구 베이스(162b’, 162b”)는 서로 이격되어 그 사이에 제2 집진부(142)로 통하는 미세먼지 낙하 유로(D1, D2)를 형성한다. 제1 군(1611, 1612)에 속하는 축류식 사이클론들의 각 단은 모두 동일한 구성을 가지므로, 미세먼지 낙하 유로(D1, D2)는 제2 집진부(142)를 향해 아래로 연장된다.

서로 인접하게 배치되는 두 바디(161a)의 출구측(161a2) 단부끼리는 서로 접촉하도록 배열된다. 그리고 서로 접촉하는 두 바디(161a)의 각 출구측(161a2) 단부와 출구 베이스(162b’, 162b”)는 서로 이격되어 그 사이에 미세먼지 낙하 유로(D1, D2)를 형성한다. 이에 따라 공기 출구(O1)와 미세먼지 낙하 유로(D1, D2)는 출구 베이스(162b’, 162b”)를 따라 교번적으로 형성된다.

축류식 사이클론들의 수가 증대될수록 그리고 길이가 길어질수록 공기로부터 미세먼지를 분리하는 분리 성능이 향상된다. 또한 공기의 유동 손실(압손)을 억제하기 위해서는 공기의 유동 방향 변화를 최소화해야 한다. 공기의 압손은 집진장치(100)의 성능에 영향을 미친다.

본 발명에서는 2차 사이클론부(160)를 구성하는 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들과 제2 군(1621, 1622)의 축류식 사이클론들이 메쉬(170)에 의해 정의되는 영역 내에서 사공간을 최대한 감소시켜 집진장치(100)의 분리 성능 향상에 기여한다. 또한 제1 군(1611, 1612)의 축류식 사이클론들은 다단으로 적층되므로 제한된 영역 내에서 그 수를 최대화할 수 있고, 유동 방향 변화 없이 공기 유입 및 공기와 미세먼지의 배출이 이루어지도록 형성되므로 압손을 최소화할 수 있다.

이하에서는 로봇 청소기에 적용될 수 있는 집진장치에 대하여 설명한다.

본질적으로 캐니스터 타입의 청소기에 적용되는 집진장치(100)와 로봇 청소기에 적용되는 집진장치(200)는 동일하다. 다만, 캐니스터 타입에 비해 로봇 청소기의 크기는 작으며, 이에 따라 로봇 청소기에 적용되는 집진장치(200) 또한 작아져야 한다. 집진장치(200)의 내부 구성 또한 작아진 크기에 맞게 수정되어야 한다. 따라서 이하에서는 앞서 설명된 실시예와 중복되는 구성에 대하여는 설명을 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.

도 9는 본 발명과 관련된 로봇 청소기(2)의 일 예를 보인 사시도다.

도 9를 참조하면, 로봇 청소기(2)는 청소기 본체(50), 흡입 노즐(60), 휠 유닛(70), 센서부(80) 그리고 집진장치(200)를 포함한다.

청소기 본체(50)에 내장된 흡입 유닛이 흡입력을 발생시키는 구성, 흡입 노즐(60)이 공기와 이물질을 흡입하는 구성, 휠 유닛(70)이 청소기 본체(50)에 회전 가능하게 결합되는 구성은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

센서부(80)는 로봇 청소기의 자율 주행을 위해 각종 센서들을 포함한다. 센서부(80)는 로봇 청소기의 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 구현하기 위한 것이다. 센서부(80)에 의해 감지되는 각종 위치 정보들은 로봇 청소기의 자율 주행에 이용된다.

집진장치(200)는 청소기 본체(50)에 착탈 가능하게 결합된다. 집진장치(200)는 흡입 노즐(60)을 통해 흡입된 공기로부터 이물질을 분리하여 집진하고, 여과된 공기를 배출하도록 이루어진다.

도 10은 로봇 청소기(2)의 청소기 본체에 결합되는 집진장치(200)의 측면도다.

원통형 하우징(210)의 상부에는 상부 커버(220)가 착탈 가능하게 결합된다. 상부 커버(220)는 집진장치(200)의 높이 방향을 따라 하우징(210)의 상측에서 하측을 향해 하우징(210)에 삽입된다.

하우징(210)과 상부 커버(220)에는 각각 서로 대응되는 위치에 구멍들이 형성된다. 하우징(210)과 상부 커버(220)가 서로 정위치에서 결합하게 되면, 하우징(210)의 구멍들과 상부 커버(220)의 구멍들은 서로 마주보는 위치에 배치된다. 이 구멍들은 집진장치(200)의 입구(221)와 출구(223)를 형성한다.

메쉬 지지부(212)는 메쉬(270)에 상대 회전 가능하게 안착된다. 메쉬 지지부(212)는 메쉬(270)에 대응되도록 원형의 형상을 갖는다. 그리고 메쉬 지지부(212)에는 스크레이퍼(scraper)(213)가 형성된다.

스크레이퍼(213)는 메쉬 지지부(212)의 하단에서 아래를 향해 돌출된다. 스크레이퍼(213)의 일면은 메쉬(270)의 외주면과 접촉하도록 배치된다. 메쉬(270)와 메쉬 지지부(212)가 상대 회전하게 되면, 스크레이퍼(213)는 메쉬(270)의 외주면을 쓸고 지나간다. 이에 따라 메쉬(270)의 외주면에 들러붙어 있는 먼지가 메쉬(270)로부터 분리될 수 있다. 스크레이퍼(213)에 의해 메쉬(270)로부터 분리된 먼지는 자중에 의해 낙하하여 제1 집진부(241)에 집진된다.

이너 하우징(280)도 메쉬(270)에 대해 상대 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이너 하우징(280)의 외주면에는 압축판(285)에 설치될 수 있다. 이너 하우징(280)이 메쉬(270)에 대해 상대 회전하게 되면 압축판(285)도 회전하면서 제1 집진부(241)에 집진된 먼지를 압축하게 된다. 먼지가 압축되면 제1 집진부(241)에 집진되는 먼지의 용량이 증가될 수 있다.

하부 커버(230)에는 기어(244)가 회전 가능하게 설치된다. 집진장치(200)가 청소기 본체(50)에 결합되면, 상기 기어(244)는 청소기 본체(50)의 기어와 맞물려 회전 가능하게 배치된다. 청소기 본체(50)의 내부에 설치된 모터로부터 제공되는 회전 구동력이 두 기어를 통해 이너 하우징(280)과 상기 이너 하우징(280)의 압축판(285)에 전달될 수 있다.

이너 하우징(280)의 스커트(281), 안착부(284), 집진부 바운더리(283)에 대한 설명은 앞서 설명된 실시예의 설명으로 갈음한다.

도 11은 도 10에 도시된 집진장치(200)의 내부 구성을 보인 사시도다.

2차 사이클론부(260)는 제1 군(2611, 2612)의 축류식 사이클론들과 제2 군(2621, 2622)의 축류식 사이클론들을 포함한다. 제1 군(2611, 2612)은 상승 유로(R)의 일측에 배치되는 제1 열(2611)의 축류식 사이클론들과 상승 유로(R)의 타측에 배치되는 제2 열(2612)의 축류식 사이클론들을 포함한다. 제1 열(2611)의 축류식 사이클론들과 제2 열(2612)의 축류식 사이클론들은 서로 반대 방향을 향하도록 배열된다. 제1 열(2611)의 축류식 사이클론들과 제2 열(2612)의 축류식 사이클론들은 다단으로 적층된다.

제1 군(2611, 2612)의 축류식 사이클론들은 2단으로 적층될 수 있다. 다만, 2단이라는 숫자가 특별한 의미가 있다기 보다는, 로봇 청소기의 집진장치(200)는 공간적 제한으로 인해 제1 군(2611, 2612)의 단 수가 앞서 설명된 실시예에 비해 작은 것에 의미가 있다. 이를테면 집진장치(200)의 크기에 따라 제1 군(2611, 2612)의 단수가 조절될 수 있는 것이다.

또한 각 단에 배치된 축류식 사이클론들의 수도 앞서 설명된 실시예에 비해 작다. 마찬가지로 집진장치(200)의 크기에 따라 각 단에 배치된 축류식 사이클론들의 수가 조절될 수 있다.

제2 군(2621, 2622)의 축류식 사이클론들은 제1 군(2611, 2612)의 일측과 타측에 각각 배치된다. 제2 군(2621, 2622)의 축류식 사이클론들의 수도 앞서 설명된 실시예에 비해 작다. 집진장치(200)의 크기에 따라 제2 군(2621, 2622)에 속하는 축류식 사이클론들의 수도 조절될 수 있다.

제2 군(2621, 2622)의 축류식 사이클론들은 콘 타입으로 형성될 수 있다. 도 11을 참조하면 각 케이싱(263)들의 하부로 갈수록 점차 케이싱(263)의 내경이 작아지는 것을 알 수 있다. 제2 군(2621, 2622)의 축류식 사이클론들은 역방향 사이클론들이기 때문에, 콘 타입으로 형성되더라도 무방하다.

기둥(261i)은 2차 사이클론부(260)를 지지하기 위한 것이다. 기둥(261i)은 집진장치(200)의 높이 방향을 따라 연장된다. 기둥(261i)의 구조에 대하여는 후술한다.

상승 유로(R)를 형성하는 출구 베이스(262b’, 262b”)와 측벽(262f), 상기 출구 베이스(262b’, 262b”)에 형성되는 공기 배출 구멍(262c), 그리고 지지 부재(290)에 대한 설명은 앞서 설명된 실시예의 설명으로 갈음한다.

도 12는 도 10에 도시된 집진장치(200)를 라인 D-D를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다. 도 13은 도 10에 도시된 집진장치(200)를 라인 E-E를 따라 자르고 일측에서 바라본 단면도다. 도 14는 도 10에 도시된 집진장치(200)를 라인 F-F를 따라 자르고 상측에서 바라본 단면도다. 도 15는 도 10에 도시된 집진장치(200)를 라인 G-G를 따라 자르고 하측에서 바라본 단면도다.

지지 부재(290)에는 기둥(261i)을 수용하기 위한 수용부(295)가 형성된다. 수용부(295)는 기둥(261i)과 대응되는 위치에 배치된다. 2차 사이클론부(260)를 구성하는 부재가 집진장치(200)의 상측에서 하측을 향하는 방향을 따라 하우징(210)에 삽입되면, 기둥(261i)이 수용부(295)에 삽입된다. 기둥(261i)과 수용부(295)의 결합 구조에 의해 2차 사이클론부(260)가 지지될 수 있다.

하부 커버(230)에는 제2 집진부(242)의 바닥을 형성하는 마개(243)가 설치될 수 있다. 마개(243)는 제2 집진부(242)의 개구된 하부를 막아 제2 집진부(242)에 집진된 먼지의 누설을 방지한다. 체결 부재(232)에 의해 체결되어 있던 하부 커버(230)와 하우징(210)의 체결 관계가 해제되고, 하부 커버(230)가 힌지(231)를 중심으로 회전하게 되면, 마개(243)도 제2 집진부(242)로부터 이탈된다. 이에 따라 제2 집진부(242)가 개방되고, 그 내부에 집진된 미세먼지가 자중에 의해 낙하하게 된다.

2차 사이클론부(260)의 구성은 앞서 설명된 실시예와 본질적으로 동일한다. 다만, 2차 사이클론부(260)를 구성하는 각 축류식 사이클론들의 크기나 수가 집진장치(200)의 크기에 따라 변경된 것에 차이가 있다.

도 15를 참조하면, 제2 집진부 탑 커버(262g)에는 미세먼지의 낙하를 위한 구멍(H)이 형성된다. 그리고 제2 집진부(242)에서 제2 집진부 탑 커버(262g)를 바라보면, 미세먼지의 낙하를 위한 구멍(H)을 통해 제1 군(2611, 2612)에 속하는 축류식 사이클론들의 출구측이 시각적으로 노출된다.

제1 군(2611, 2612)에 속하는 축류식 사이클론들의 바디(261a)는 출구 베이스(262b)에 접촉될 수도 있고, 출구 베이스(262b)로부터 이격될 수도 있다. 도 15에서는 하부 차단부(262e)를 기준으로, 좌측에는 바디(261a)가 출구 베이스(262b)에 접촉된 구조가 도시되어 있다. 그리고 우측에는 바디(261a)가 출구 베이스(262b)로부터 이격된 구조가 도시되어 있다.

바디(261a)가 출구 베이스(262b)로부터 이격되어 있으면, 자연스럽게 바디(261a)와 출구 베이스(262b) 사이에 미세먼지 출구(O2)가 형성된다. 그러나 바디(261a)가 출구 베이스(262b)로부터 이격되어 있으면, 바디(261a)의 외주면에 추가로 구멍이 하나 더 형성되어야 상기 미세먼지의 낙하를 위한 구멍(H)과 통하는 미세먼지 출구(O2)가 형성될 수 있다.

이상에서 설명된 집진장치와 청소기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (20)

1. 집진장치의 외관을 형성하는 원통 형상의 하우징;
   상기 하우징의 내측에 형성되고, 상기 하우징의 내측으로 유입된 공기로부터 먼지를 분리하도록 선회류를 일으키는 1차 사이클론부;
   상기 사이클론을 통과한 공기와 미세먼지를 공급받으며, 공기로부터 미세먼지를 분리하도록 선회류를 일으키는 축류식 사이클론들의 집합으로 형성되는 2차 사이클론부; 및
   상기 1차 사이클론부와 상기 2차 사이클론부의 경계를 형성하도록 상기 2차 사이클론부의 외측을 감싸는 메쉬를 포함하고,
   상기 축류식 사이클론들의 집합은,
   다단으로 적층되고, 입구가 상기 메쉬를 향하도록 배열되는 제1 군; 및
   상기 제1 군의 일측과 타측에 각각 배치되며, 입구와 출구가 상기 집진장치의 상측 또는 하측 방향을 향하도록 배열되는 제2 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들은 서로 같은 방향을 향해 개구된 공기 출구와 미세먼지 출구를 포함하고,
   상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구는 상기 공기 출구와 상기 미세먼지 출구의 반대 방향을 향해 개구된 것을 특징으로 하는 집진장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 상기 미세먼지 출구는 상기 공기 출구의 둘레에 환형으로 개구된 것을 특징으로 하는 집진장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 군에 속하는 각 축류식 사이클론은,
   원통형의 바디;
   상기 바디의 입구측에 배치되고, 원통형의 제1 부분과 상기 제1 부분에서 상기 바디의 출구측을 향해 돌출되는 콘(cone) 형상의 제2 부분을 구비하는 볼텍스 파인더(vortex finder);
   상기 제1 부분의 외주면과 상기 바디의 내주면 사이에 형성되며, 나선 방향으로 연장되는 베인; 및
   상기 바디의 출구측에 배치되고, 상기 공기 출구와 상기 공기 출구의 둘레에 형성되는 상기 미세먼지 출구를 구획하도록 형성되는 출구 구획부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 집진장치는,
   곡면 또는 평면의 바디 베이스; 및
   곡면 또는 평면의 출구 베이스를 더 포함하고,
   상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 바디는 상기 바디 베이스의 양측으로 돌출되며,
   상기 출구 베이스에는 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들에 대응되는 수의 공기 배출 구멍이 형성되고,
   상기 출구 구획부는 상기 공기 배출 구멍의 둘레로부터 상기 바디의 내측을 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 출구 베이스는 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치되는 제1 출구 베이스와 제2 출구 베이스를 포함하고,
   상기 집진장치는, 이격된 위치에서 서로 마주보도록 배치되며, 상기 제1 출구 베이스 및 상기 제2 출구 베이스와 함께 다각 기둥의 측면을 형성하는 두 개의 측벽을 더 포함하고,
   상기 제1 출구 베이스, 상기 제2 출구 베이스 및 상기 두 개의 측벽에 의해 감싸이는 영역에는 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들로부터 배출되는 공기의 상승 유로가 형성되고,
   상기 상승 유로는 상기 하우징의 상측에 형성되는 상기 집진장치의 출구로 통하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 집진장치는,
   상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부;
   상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부; 및
   상기 제2 집진부에 집진된 미세먼지가 상기 상승 유로로 비산되는 것을 방지하도록 상기 제2 집진부와 상기 상승 유로를 구획하는 하부 차단부를 더 포함하고,
   상기 하부 차단부는 상기 제1 출구 베이스, 상기 제2 출구 베이스 및 상기 두 측벽의 하단에 형성되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 집진장치는,
   상기 메쉬의 상부 테두리를 감싸도록 형성되는 메쉬 지지부; 및
   상기 제1 출구 베이스, 상기 제2 출구 베이스 및 상기 두 개의 측벽의 상단에 형성되는 상부 차단부를 더 포함하며,
   상기 상부 차단부는 상기 메쉬 지지부의 내주면에 밀착되도록 원형의 외곽 테두리를 가지며, 2차 사이클론부로 유입되는 공기와 상기 상승 유로를 통해 배출되는 공기의 혼합을 방지하도록 상기 2차 사이클론부의 입구와 상기 상승 유로의 하류측을 구획하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 군에 속하는 각 축류식 사이클론은,
   케이싱;
   상기 케이싱의 입구측에 배치되는 원통 형상의 볼텍스 파인더(vortex finder); 및
   상기 볼텍스 파인더의 외주면과 상기 케이싱의 내주면 사이에 형성되며, 나선 방향으로 연장되는 베인을 포함하고,
   상기 상부 차단부에는 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들에 대응되는 수의 공기 배출 구멍이 형성되고,
   상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 볼텍스 파인더들은 상기 상부 차단부에 형성되는 공기 배출 구멍의 둘레로부터 상기 케이싱의 내측을 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 집진장치는,
    상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부;
    상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부; 및
    상기 2차 사이클론부의 하측에 배치되며, 상기 제2 집진부에 집진된 미세먼지의 비산을 방지하도록 상기 축류식 사이클론들의 입구측과 상기 제2 집진부를 구획하는 제2 집진부 탑 커버를 더 포함하고,
    상기 제2 집진부 탑 커버에는 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구가 형성되고,
    상기 케이싱은 상기 제2 집진부 탑 커버에 형성되는 미세먼지 출구의 둘레로부터 상기 상부 차단부를 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 집진장치는,
    상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부;
    상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부; 및
    상기 2차 사이클론부의 하측에 배치되며, 상기 제2 집진부에 집진된 미세먼지의 비산을 방지하도록 상기 축류식 사이클론들의 입구측과 상기 제2 집진부를 구획하는 제2 집진부 탑 커버를 더 포함하고,
    상기 제2 집진부 탑 커버에는 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들로부터 배출되는 미세먼지의 낙하를 위한 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
12. 제6항에 있어서,
    상기 하우징의 내측 영역에 상기 메쉬가 배치되고,
    상기 메쉬의 내측 영역에 상기 2차 사이클론부가 배치되며,
    상기 상승 유로는 상기 제1 군과 제2 군에 의해 감싸이는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
13. 제6항에 있어서,
    상기 바디는 상기 바디 베이스를 기준으로 상기 메쉬를 향하는 입구측과 상기 상승 유로를 향하는 출구측으로 구분되며,
    상기 집진장치는 상기 바디의 출구측을 감싸도록 상기 바디 베이스에서 상기 출구측 방향으로 연장되는 테두리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 테두리부는 상기 출구 베이스의 하부를 제외한 나머지 테두리를 실링하도록 상기 출구 베이스에 밀착되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들은 서로 다른 방향을 향해 개구된 공기 출구와 미세먼지 출구를 포함하고,
    상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구는 상기 공기 출구와 같은 방향을 향해 개구되고 상기 미세먼지 출구와 반대 방향을 향해 개구된 것을 특징으로 하는 집진장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 입구와 공기 출구는 상기 집진장치의 상측를 향해 개구되고,
    상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들의 미세먼지 출구는 상기 집진장치의 하측을 향해 개구된 것을 특징으로 하는 집진장치.
17. 제1항에 있어서,
    다단으로 적층된 상기 제1 군의 적층 높이와, 상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론의 높이 사이의 차이는, 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 집진장치.
18. 제5항에 있어서,
    상기 집진장치는,
    상기 하우징의 내측에 환형으로 형성되고, 상기 1차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 먼지를 집진하도록 형성되는 제1 집진부; 및
    상기 제1 집진부에 의해 둘러싸이는 영역에 형성되고, 상기 2차 사이클론부에서 공기로부터 분리되는 미세먼지를 집진하도록 형성되는 제2 집진부를 더 포함하고,
    상기 바디의 출구측 단부와 상기 출구 베이스는 서로 이격되어 그 사이에 상기 제2 집진부로 통하는 미세먼지 낙하 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 집진장치.
19. 제18항에 있어서,
    상기 공기 출구와 상기 미세먼지 낙하 유로는 상기 출구 베이스를 따라 교번적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
20. 제1항에 있어서,
    상기 제2 군에 속하는 축류식 사이클론들은 상기 제1 군에 속하는 축류식 사이클론들의 축 방향과 평행한 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 집진장치.

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