KR20080019232A - 사이클로닉 분리 장치 - Google Patents

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KR20080019232A
KR20080019232A KR1020077029361A KR20077029361A KR20080019232A KR 20080019232 A KR20080019232 A KR 20080019232A KR 1020077029361 A KR1020077029361 A KR 1020077029361A KR 20077029361 A KR20077029361 A KR 20077029361A KR 20080019232 A KR20080019232 A KR 20080019232A
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cyclonic separation
cyclone
separation unit
cyclones
cyclonic
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KR1020077029361A
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스테픈 벤쟈민 코트니
제임스 다이슨
리카르도 고미샤가-페레다
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

본 발명에 따른 사이클로닉 분리 장치는, 하나 이상의 제1 사이클론(102, 202, 312, 412, 512)을 포함하는 제1 사이클로닉 분리 유닛(310, 410, 510); 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛(310, 410, 510)의 하류에 위치되고, 하나 이상의 제2 사이클론(130, 230, 322, 422, 522)을 포함하는 제2 사이클로닉 분리 유닛(320, 420, 520); 및 상기 제2 사이클로닉 분리 유닛(320, 420, 520)의 하류에 위치되고, 하나 이상의 제3의 사이클론(148, 248, 332, 432, 532)을 포함하는 제3 사이클로닉 분리 유닛(330, 430, 530)을 포함한다. 제2 사이클로닉 분리 유닛(320, 420, 520)의 분리 효율은 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛(310, 410, 510) 또는 상기 제3 사이클로닉 분리 유닛(330, 430, 530)의 분리 효율과 실질적으로 동일하다. 이로써 공지의 분리 장치보다 높은 분리 효율을 달성하는 장치를 제공한다.

Description

쓰레기 및 먼지 사이클로닉 분리 장치{DIRT AND DUST CYCLONIC SEPARATING APPARATUS}
본 발명은 사이클로닉 분리 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 진공 청소기(vacuum cleaner)에 사용하기 적합한 사이클로닉 분리 장치에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
사이클로닉 분리 장치를 사용하는 진공 청소기는 잘 알려져 있다. 이러한 진공 청소기의 예는 EP 0042473, US 4,373,228, US 3,425,192, US 6,607,572 및 EP 1268076에 개시되어 있다. 각각의 이들 장치에서, 제1 및 제2 사이클로닉 분리 유닛은 각각의 사이클로닉 분리 유닛을 순차적으로 통과하는 유입 공기(incoming air)를 공급받는다. 몇몇 경우에, 제2 사이클로닉 분리 유닛은 서로 평행하게 배치된 복수의 사이클론(cyclone)을 포함한다.
전술한 종래의 장치들 중 어느 것도, 특히 진공 청소기에서의 사용에 있어, 100%의 분리 효율(즉, 포함되어 있는(entrained) 쓰레기 및 먼지(dirt and dust)를 기류로부터 확실히 분리하는 능력)을 달성하는 것은 없다. 따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술보다 더 높은 분리 효율을 달성할 수 있는 사이클로닉 분리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 하나 이상의 제1 사이클론을 포함하는 제1 사이클로닉 분리 유닛; 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛의 하류에 위치되고, 하나 이상의 제2 사이클론을 포함하는 제2 사이클로닉 분리 유닛; 및 상기 제2 사이클로닉 분리 유닛의 하류에 위치되고, 하나 이상의 제3 사이클론을 포함하는 제3 사이클로닉 분리 유닛을 포함하고, 상기 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은, 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛 또는 상기 제3 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율과 실질적으로 동일한 사이클로닉 분리 장치를 제공한다.
본 발명의 사이클로닉 분리 장치에 따르면, 이 사이클로닉 분리 장치를 전체로서 볼 때, 개별 사이클로닉 분리 유닛들의 개별 분리 효율들과 비교할 때, 분리 효율이 향상되는 이점이 있다. 연속하여 세 개 이상의 사이클로닉 분리 유닛을 제공함으로써 시스템의 강건성(robustness)을 증대시켜, 하류의 유닛들에 제공되는 기류 내의 어떠한 변화도 그 유닛들의 분리 효율을 유지하는 성능에 거의 영향을 미치지 않거나 전혀 영향을 미치지 않는다. 그러므로, 분리 효율도 또한 공지의 사이클로닉 분리 장치에 비해 신뢰성이 높다.
"분리 효율(separation effiecncy)"이라는 용어를 사용하여, 기류로부터 포함되어 있는 입자들(particles)을 분리하는 사이클로닉 분리 장치의 능력을 나타내고, 비교를 위해, 관련 사이클로닉 분리 유닛은 이상적인 기류에 의해 테스트된다(challenged) 것을 알아야 한다. 따라서, 제1 사이클로닉 분리 유닛이 제2 사이클로닉 분리 유닛보다 높은 분리 효율을 갖도록 하기 위해, 양자가 동일한 환경하에서 테스트될 때, 제1 사이클로닉 분리 유닛은 제2 사이클로닉 분리 유닛보다 높은 비율로 기류로부터 포함되어 있는 입자들을 분리할 수 있어야 한다. 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율에 영향을 미칠 수 있는 인자는 유입구(inlet) 및 배출구(outlet)의 사이즈, 테이퍼(taper)의 각도 및 사이클론의 길이, 그리고 사이클론의 직경 및 사이클론의 상단부에서의 원통형 유입부(cylindrical inlet protion)의 깊이를 포함한다.
만약 제2 사이클로닉 분리 유닛이 제1 사이클로닉 분리 유닛과 동일한 분리 효율을 갖는다면, 이것은 보다 고효율의 제3 사이클로닉 분리 유닛에 유입 기류가 도달하기 이전에, 상대적으로 저효율의 사이클로닉 분리 장치를 통해 유입 기류를 두 번 "청소(sweep)"하여 제공하는 효과를 갖는다. 그러므로 기류 중의 보다 큰 쓰레기 또는 먼지 입자, 그리고 또한 상당한 비율의 미세 먼지가 제3 사이클로닉 분리 유닛에 유입되기 이전에 제거된다(cleaned). 따라서 제3 사이클로닉 분리 유닛은 상당히 높은 분리 효율을 달성할 수 있는 유리한 상태 하에서 동작할 수 있다. 이렇게 하여, 사이클로닉 분리 장치는 전체적으로 기류를 확실하게 높은 수준(high standard)으로 깨끗이 한다.
만약 제2 사이클로닉 분리 유닛이 제3 사이클로닉 분리 유닛과 동일한 분리 효율을 갖는다면, 기류는 장치로부터 배출되기 이전에 상대적으로 고효율의 사이클로닉 분리 유닛을 통해 두 번 "청소"된다. 임의의 상대적으로 큰 쓰레기 및 부스러기(debris)가 기류로부터 제거된 후에, 기류는 남은 먼지의 대부분이 분리되는 상대적으로 고효율의 사이클로닉 분리 유닛을 통해 먼저 청소된다. 그 후에 제3 사이클로닉 분리 유닛은 높은 분리 효율이 달성될 수 있는 유리한 상태 하에서 동작할 수 있게 된다.
상기 제1 사이클로닉 분리 유닛은 단 하나의 제1 사이클론을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제1 사이클론 또는 각각의 상기 제1 사이클론은 실질적으로 원통형인 것이 더욱 바람직하다. 이 구성은 쓰레기 및 부스러기(debris) 중의 보다 큰 입자가 재포함(re-entrainment)될 우려가 상당히 낮은 상태에서 확실히 모아져 저장될 수 있도록 한다.
바람직하게는, 상기 제2 사이클로닉 분리 유닛은 평행하게 배치된 복수의 제2 사이클론을 포함하고, 상기 제3 사이클로닉 분리 유닛은 평행하게 배치된 복수의 제3 사이클론을 포함하며, 더욱 바람직하게는, 상기 제2 사이클론의 개수는 상기 제3 사이클론의 개수보다 작다. 각각의 연속하는 사이클로닉 분리 유닛 내의 사이클론의 수를 증가시킴으로써 기류 방향에서 각각의 개별 사이클론의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 기류가 다수의 상류 사이클론을 통과하였다는 사실은 쓰레기 및 먼지 중 더 큰 입자들은 제거되었다는 것을 의미하고, 이것은 각각의 더 작은 사이클론이 막힐 우려 없이 효율적으로 동작할 수 있도록 해준다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 사이클로닉 분리 장치를 포함하는 원통형 및 직립형 진공 청소기를 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 1 및 도 2에 나타낸 진공 청소기 모두의 일부를 구성하는 진공 분리 장치의 측단면도이다.
도 4는, 도 3의 사이클로닉 분리 장치의 단면도로서 사이클로닉 분리 유닛의 레이아웃을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 대안 실시예의 사이클로닉 분리 장치의 측단면도이다.
도 6은, 도 5의 사이클로닉 분리 장치의 단면도로서 사이클로닉 분리 유닛의 레이아웃을 나타낸다.
도 7은, 도 1 및 도 2에 나타낸 진공 청소기 모두의 일부를 구성할 수 있는 본 발명에 따른 제1 대안 사이클로닉 분리 장치의 개략도이다.
도 8 및 도 9는, 도 1 및 도 2에 나타낸 진공 청소기 모두의 일부를 구성할 수 있는 본 발명에 따른 제2 및 제3 대안 사이클로닉 분리 장치의 개략도이다.
도 1은 본체(12), 본체(12)에 장착되어 진공 청소기(10)를 청소할 면의 전역에 걸쳐 이동시키는 바퀴(14), 및 역시 본체(12)에 장착된 사이클로닉 분리 장치(100)를 갖는 원통형의 진공 청소기(cylinder vacuum cleaner)(10)를 나타낸다. 호스(hose)(16)는 사이클로닉 분리 장치(100)와, 호스(16)를 통해 사이클로닉 분리 장치(100) 내로 더러운 기류(dirty airflow)를 흡인하기 위해 본체(12) 내에 수용된 모터 및 팬 유닛(도시하지 않음)과 연통한다. 일반적으로, 바닥에 닿는(floor-engaging) 청소기 헤드(도시하지 않음)는 청소할 면 위에서의 더러운 공기 유입구의 조작이 용이하도록 봉(wand)을 통해 호스(16)의 말단부(distal end)에 연결되어 있다.
사용 시에, 호스(16)를 통해 사이클로닉 분리 장치(100)로 흡인되는 공기는, 이 사이클로닉 분리 장치(100) 내에서 분리되는 쓰레기 및 먼지를 포함하고 있다. 이 쓰레기 및 먼지가 사이클로닉 분리 장치(100) 내에 모이는 동시에, 깨끗해진 공기(cleaned air)는 본체(12)의 출구 포트(exit port)를 통해 진공 청소기(10)로부터 배출되기 이전에 냉각을 위해 모터를 통과한다.
도 2에 나타낸 직립형의 진공 청소기(20)도 또한 본체(22)를 가지며, 이 본체(12)에 모터 및 팬 유닛(도시하지 않음)이 장착되어 있고, 진공 청소기(20)를 청소할 면의 전역에 걸쳐 이동시킬 수 있도록 바퀴(24)가 장착되어 있다. 청소기 헤드(26)는 본체(22)의 하단부(lower end)에 선회 가능하게 장착되어 있고, 더러운 공기 유입구(28)는 바닥과 대면하는 청소기 헤드(26)의 아래쪽에 설치되어 있다. 사이클로닉 분리 장치(100)는 본체(22)에 설치되어 있고, 도관(ducting)(30)은 더러운 공기 유입구(28)와 사이클로닉 분리 장치(100) 사이에 연결을 제공한다. 손잡이(handle)(32)는 사이클로닉 분리 장치(100)의 뒤에서 본체(22)에 분리 가능하게(releasably) 장착되어 있어, 손잡이(32)는 손잡이로 사용되거나 봉(wnad)으로 사용될 수 있다. 이러한 구성은 잘 알려져 있으므로 여기에서는 더 이상 설명하지 않는다.
사용 시에, 모터 및 팬 유닛은 더러운 공기 유입구(28) 또는 손잡이(32)(손잡이(32)가 봉으로 사용되도록 구성된 경우)을 통해 더러운 공기를 진공 청소기(20) 내로 빨아들인다. 이 더러운 공기는 도관(30)을 통해 사이클로닉 분리 장 치(100)로 운반되고, 포함된 쓰레기 및 먼지는 기류로부터 분리되어 사이클로닉 분리 장치(100) 내에 유지된다. 깨끗해진 공기는 모터를 통과하여 냉각된 다음, 복수의 배출구 포트(outlet port)(34)를 통해 진공 청소기(20)로부터 배출된다.
본 발명은, 이하에 설명하는 바와 같이 오직 사이클로닉 분리 장치(100)에 관한 것이므로, 진공 청소기(10, 20)의 나머지 특징들에 대한 세부사항은 그다지 중요하지 않다.
각각의 진공 청소기(10, 20)의 일부를 구성하는 사이클로닉 분리 장치(100)는 도 3 및 도 4에 나타낸다. 사이클로닉 분리 장치(100)의 구체적인 전체 형상은, 사이클로닉 분리 장치(100)가 사용될 진공 청소기의 타입에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 사이클로닉 분리 장치(100)의 전체 길이가 그 직경에 대하여 증가 또는 감소되거나, 또는 베이스(base)의 형상이 예를 들면 원뿔대(frusto-conical)가 되도록 변경될 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 사이클로닉 분리 장치(100)는 실질적으로 원통 형상인 외벽(outer wall)(104)을 갖는 외부 빈(outer bin)(102)을 포함한다. 이 외부 빈(102)의 하단부는, 피벗(pivot)(108)에 의해 외벽(104)에 선회 가능하게 부착되고 고리(catch)(110)에 의해 닫힌 상태(도 3에 나타냄)로 유지되는 베이스(base)(106)에 의해 닫혀 있다. 닫힌 상태에서, 베이스(106)는 외벽(104)의 하단부에 대해 밀봉된다. 고리(110)를 풀어서 이하에 설명하는 목적을 위해 베이스(106)가 선회하여 외벽(104)으로부터 떨어지도록 할 수 있다. 제2 원통형 벽(112)은 외벽(104)의 안쪽에 외벽(104)과 간격을 두고 방사상으로 위치되어, 외 벽(104)과의 사이에 환형 쳄버(114)를 형성한다. 환형 쳄버(114)는 일반적으로 외벽(104), 제2 원통형 벽(112), 베이스(106) 및 외부 빈(102)의 상단부에 위치된 상부 벽(116)에 의해 경계가 정해진다.
더러운 공기 유입구(118)는 상부 벽(116) 아래에서 외부 빈(102)의 상단부에 설치되어 있다. 더러운 공기 유입구(118)는 외부 빈(102)에 대해 접선 방향으로 배치되어(도 4 참조), 들어오는 더러운 공기가 환형 쳄버(114) 주위의 나선형 경로를 확실히 따르도록 한다. 유체 배출구는 외부 빈(102) 내에 슈라우드(shroud)(120)의 형태로 설치되어 있다. 이 슈라우드(120)는 다수의 구멍(perforation)이 형성된 원통형 벽(122)을 포함한다. 슈라우드(120)와 제2 원통형 벽(112) 사이에는 통로(passage)(126)가 형성되어 있고, 이 통로(126)는 환형 쳄버(128)와 연통한다.
환형 쳄버(128)는 외부 빈(102)과 동축으로 배치된 테이퍼 사이클론(tapering cyclone)(130)의 상단부의 바깥에 방사상으로 배치되어 있다. 사이클론(130)은, 일반적으로 원통 형상이고 두 개의 공기 유입구(134)가 형성되어 있는 상부 유입부(upper inlet portion)(132)를 갖는다. 공기 유입구(134)는 상부 유입부(132)의 주위 근처에 이격되어 있다. 공기 유입구(134)는 슬롯형(slot-like) 형상이고 환형 쳄버(128)와 직접 연통한다. 사이클론(130)은 상부 유입부(132)에 달려 있는 테이퍼부(tepering portion)(136)를 갖는다. 테이퍼부(136)는 원추대 형상이고 하단부가 원뿔형 개구부(cone opening)(138)로 종단된다.
제3 원통형 벽(140)은 베이스(106)와, 원뿔형 개구부(138) 위의 사이클 론(130)의 테이퍼부(136)의 일부 외벽 사이에 연장된다. 베이스(106)가 닫힌 상태일 때, 제3 원통형 벽(140)은 베이스(106)에 대해 밀봉된다. 원뿔형 개구부(138)는 따라서 다른 닫힌 원통형 쳄버(142) 쪽으로 통한다. 보텍스 파인더(vortex finder)(144)는 사이클론(130)의 상단부에 설치되어 공기가 사이클론(130)을 빠져나갈 수 있도록 한다.
보텍스 파인더(144)는 사이클론(130) 위에 위치된 플레넘 쳄버(plenum chamber)(146)와 연통한다. 플레넘 쳄버(146) 주변에 원주 방향으로 배치된 것은 서로 평행하게 배치된 복수의 사이클론(148)이다. 각각의 사이클론(148)은 플레넘 쳄버(146)와 연통하는 접선 방향의 유입구(tangential inlet)(150)를 갖는다. 각각의 사이클론(148)은 다른 사이클론(148)들과 동일하고, 원통형 상부(152) 및 거기에 달린 테이퍼부(154)를 포함한다. 각각의 사이클론(148)의 테이퍼부(54)는, 제2 원통형 벽(112)과 제3 원통형 벽(140) 사이에 형성된 환형 쳄버(156) 쪽으로 연장되고 환형 쳄버(156)와 연통한다. 보텍스 파인더(158)는 각각의 사이클론(148)의 상단부에 설치되어 있고, 각각의 보텍스 파인더(158)는 깨끗해진 공기를 사이클로닉 분리 장치(100)로부터 도관으로 보내기 위한 출구 포트(162)를 갖는 배출 쳄버(160)와 연통한다.
전술한 바와 같이, 사이클론(130)은 외부 빈(102)과 동일한 축을 갖는다. 여덟 개의 사이클론(148)은 외부 빈(102)의 축(154)에 중심이 있는 링 형태로 배치되어 있다. 각각의 사이클론(148)은, 아래쪽으로 그리고 축(164)을 향하여 경사진 축(166)을 갖는다. 이 축(166)들은 모두 동일한 각도로 축(164)에 대해 경사져 있 다. 또한, 사이클론(130)의 테이퍼의 각도는 사이클론(148)의 테이퍼의 각도보다 크며, 사이클론(130)의 상부 유입부(132)의 직경은 각각의 사이클론(148)의 원통형 상부(152)의 직경보다 크다.
사용 시에, 쓰레기를 포함한(dirt-laden) 공기는 더러운 공기 유입구(118)를 통해 사이클로닉 분리 장치(100)로 들어오고, 더러운 공기 유입구(118)가 접선 방향으로 배치(tangential arrangement)되어 있기 때문에, 기류는 외벽(114) 주변의 나선 경로를 따른다. 보다 큰 쓰레기 및 먼지 입자는, 사이클론 작용(cyclonic action)에 의해 환형 쳄버(114)에 쌓여 그 안에 모인다. 부분적으로 깨끗해진 기류는 슈라우드(122) 내의 구멍(124)을 통해 환형 쳄버(114)를 빠져나가 통로(126)로 들어간다. 그런 다음 기류는 환형 쳄버(128)를 지나고 그곳으로부터 사이클론(130)의 유입구(134)를 지난다. 사이클론(130) 내부에서 사이클론 분리(cyclonic separation)가 시작되어 기류 내에 여전히 포함되어 있는 쓰레기 및 먼지의 일부를 분리한다. 사이클론(130) 내에서 기류로부터 분리된 쓰레기 및 먼지는 원통형 챔버(142)에 쌓이고 한층 깨끗해진 기류는 보텍스 파인더(144)를 통해 사이클론(130)을 빠져나간다. 그리고 이 공기는 플레넘 쳄버(146)를 지나고, 그곳에서 여덟 개의 사이클론(148) 중 하나로 들어가며, 추가적인 사이클론 분리는 공기 중에 여전히 포함되어 있는 쓰레기 및 먼지 중 일부를 제거한다. 이 쓰레기 및 먼지는 환형 쳄버(156) 내에 쌓이고, 깨끗해진 공기는 보텍스 파인더(158)를 통해 사이클론(148)을 빠져나가 배출 쳄버(160)로 들어간다. 그런 다음 깨끗해진 공기는 출구 포트(162)를 통해 사이클로닉 분리 장치(100)에서 배출된다.
기류로부터 분리된 쓰레기 및 먼지는 세 개의 쳄버(114, 142, 156) 모두에 모일 것이다. 이들 쳄버를 비우기 위해서는, 고리(110)를 풀어서 베이스(106)가 힌지(hinge)(108)에 대해 선회하도록 하여, 베이스(106)가 원통형 벽(104, 112, 140)의 하단부로터 떨어지도록 한다. 그러면 쳄버(114, 142, 156) 내에 모인 쓰레기 및 먼지를 사이클로닉 분리 장치(100)로부터 용이하게 비울 수 있다.
전술한 설명으로부터, 사이클로닉 분리 장치(100)가 세 개의 다른 사이클론 분리 단계를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 외부 빈(102)은 일반적으로 원통 형상인 단 하나의 제1 사이클론으로 구성되는 제1 사이클로닉 분리 유닛을 구성한다. 이 제1 사이클로닉 분리 유닛에서, 외벽(104)의 직경이 비교적 크다는 것은 쓰레기 및 부스러기에 가해지는 원심력이 비교적 작기 때문에, 주로 상당히 큰 입자의 쓰레기 및 부스러기가 기류로부터 분리될 것임을 의미한다. 일부 미세 먼지도 마찬가지로 분리될 것이다. 대부분의 큰 부스러기는 환형 쳄버(114) 내에 확실하게 쌓일 것이다.
사이클론(130)은 제2 사이클로닉 분리 유닛을 구성한다. 이 제2 사이클로닉 분리 유닛에서, 제2 사이클론(130)의 반경은 외벽(104)의 반경보다 훨씬 더 작다. 제2 사이클론(130)의 길이는 상대적으로 짧고 원뿔형 개구부(138)는 상대적으로 크다. 유입구(134) 및 보텍스 파인더(144)는 미세 조정된(finely-tuned) 사이클론에 비해 크게 되어 있어 제2 사이클론(30) 내부에서의 기류의 속도는 상대적으로 낮다. 제2 사이클론(130)의 치수를 적절히 선택함으로써, 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율이 제1 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율과 동일하게 선택되도록 할 수 있다. 하지만, 제2 사이클로닉 분리 유닛은, 더 작은 사이즈 범위의 입자가 포함되어 있고 제1 사이클로닉 분리 유닛의 제1 사이클론에서 더 큰 입자들이 제거된 기류와 만나기 때문에, 제1 사이클로닉 분리 유닛의 성능과 비교하면, 제2 사이클로닉 분리 유닛의 성능은 향상된다.
제3 사이클로닉 분리 유닛은 여덟 개의 더 작은 제3 사이클론(148)에 의해 구성되어 있다. 이 제3 사이클로닉 분리 유닛에서, 각각의 제3 사이클론(148)은 제2 사이클로닉 분리 유닛의 제2 사이클론(130)보다 직경이 훨씬 더 작아서, 제2 사이클로닉 분리 유닛보다 더 미세한 쓰레기 및 먼지 입자를 분리할 수 있다. 또한 제3 사이클론(148)은, 제1 및 제2 사이클로닉 분리 유닛에 의해 이미 깨끗해져서, 포함된 입자의 양 및 평균 사이즈가 그렇지 않았을 경우보다 더 작은 기류와 만난다는 추가적인 이점이 있다. 제3 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은 제1 및 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율보다 상당히 더 높다.
제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은 제1 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율과 동일하고, 제3 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은 제1 및 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율보다 높다. 이렇게 함으로써, 각각의 제1 및 제2 사이클론의 분리 효율이 여덟 개의 제3 사이클론 모두의 분리 효율을 합한 것보다 낮도록 의도한다.
사이클로닉 분리 장치(200)의 제2 실시예는 도 5 및 도 6에 나타낸다. 이 사이클로닉 분리 장치(200)는, 도 1 및 도 2의 진공 청소기(10, 20) 모두에 사용하기 적합하고 세 개의 연속하는 사이클로닉 분리 유닛을 포함한다는 점에서, 도 3 및 도 4에 도시되고 앞서 자세하게 설명한 실시예와 구조상 유사하다.
전술한 실시예에서와 같이, 제1 사이클로닉 분리 유닛은 외부 원통형 벽(204), 베이스(206) 및 제2 원통형 벽(212)에 의해 경계가 정해지는 단 하나의 원통형 제1 사이클론(202)을 포함한다. 더러운 공기 유입구(218)는 외벽(204)에 대해 접선 방향으로 설치되어, 제1 사이클론(202) 내에서 사이클론 분리가 일어나서 보다 큰 입자의 쓰레기 및 먼지가 사이클론(202)의 하단부에서 환형 쳄버(214) 내에 확실히 모이도록 한다. 앞서와 같이, 제1 사이클론(202)으로부터의 유일한 출구는 슈라우드(222) 내의 구멍을 통해, 슈라우드(222)와 제2 원통형 벽(212) 사이에 위치된 통로(226)로 들어가는 것이다.
이 실시예에서, 제2 사이클로닉 분리 유닛은 서로 평행하게 배치된 두 개의 테이퍼링된 제2 사이클론(230)으로 구성된다. 이 제2 사이클론(230)은 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 사이클로닉 분리 장치(200)의 외벽 안쪽에 나란히 위치되어 있다. 각각의 제2 사이클론(230)은 하나 이상의 유입구(234)가 설치된 상부 유입부(232)를 갖는다. 각각의 유입구(234)는, 상부 유입부(232)로 공기가 접선 방향으로 도입(tangential introduction)되도록 방향이 맞춰져 있고, 바로 통로(226)와 연통하는 쳄버(228)와 연통한다. 각각의 제2 사이클론(230)은 상부 유입부(232)에 달려있고, 원뿔형 개구부(238) 형태로 종단되는 원뿔대 부분(frusto-conical portion)(236)을 갖는다. 제2 사이클론(230)은 단힌 쳄버(242) 쪽으로 돌출된다. 각각의 제2 사이클론(230)은 상단부에 위치되고 쳄버(246)와 연통하는 보텍스 파인더(244)를 갖는다.
제3 사이클로닉 분리 유닛은 평행하게 배치된 네 개의 제3 사이클론(248)으로 구성된다. 각각의 제3 사이클론(248)은 쳄버(246)와 연통하는 유입구(250)를 포함하는 상부 유입부(252)를 포함한다. 각각의 제3 사이클론(248)은 또한, 상부 유입부(252)에 달려있고 원뿔형 개구부를 통해 닫힌 쳄버(256)와 연통하는 원뿔대 부분(254)을 갖는다. 쳄버(256)는 한 쌍의 벽(270)에 의해 쳄버(242)에 대해 닫혀있다(도 6 참조). 각각의 제3 사이클론(248)은, 상단부에 위치되고 출구 포트(262)를 갖는 배출 쳄버(256)와 연통하는 보텍스 파인더(244)를 갖는다.
제1 사이클론(202)은 축(264)을 가지고, 각각의 제2 사이클론(230)은 축(265)를 가지며, 각각의 제3 사이클론(248)은 축(266)을 갖는다. 이 예에서, 축(264, 265, 266)은 서로 평행하다. 하지만, 제1, 제2, 및 제3 사이클론(202, 230, 248)의 직경 사이즈는 감소한다.
사이클로닉 분리 장치(200)는 도 3 및 도 4에 나타낸 사이클로닉 분리 장치(100)의 동작과 유사한 방식으로 동작한다. 쓰레기를 포함한 공기는 유입구(218)를 통해 제1 사이클로닉 분리 장치의 제1 사이클론(202)으로 들어가고, 쳄버(214) 주위를 순환하여, 보다 큰 쓰레기 입자 및 부스러기가 사이클론 작용(cyclonic action)에 의해 분리된다. 이 쓰레기 및 먼지가 쳄버(214)의 하부에 모이는 동시에, 깨끗해진 공기는 슈라우드(22) 내의 구멍(224)을 통해 쳄버(214)를 빠져나간다. 이 공기는 통로(226)를 통해 쳄버(228)까지 통과한 다음, 제2 사이클론(230)의 유입구(234)까지 통과한다. 추가적인 사이클론 분리는 병렬로 동작하는 제2 사이클론(230)들에서 일어난다. 기류로부터 분리된 쓰레기 및 먼지가 쳄 버(242) 내에 쌓이는 동시에, 더욱 깨끗해진 공기는 보텍스 파인더(244)를 통해 제2 사이클론(230)을 빠져나간다. 그 후, 이 공기는 유입구(250)를 통해 제3 사이클론(248)으로 들어가고, 제3 사이클론(248) 내에서 분리된 쓰레기 및 먼지가 쳄버(262) 내에 쌓이면서 추가적인 사이클론 분리가 일어난다. 깨끗해진 기류는 쳄버(260) 및 출구 포트(262)를 통해 사이클로닉 분리 장치(200)를 빠져나간다.
도 5 및 도 6에 나타낸 실시예에서, 제2 사이클론(230)은 제2 사이클로닉 분리 유닛이 제3 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율과 동일한 분리 효율을 갖도록 설계되어 있다. 이것은 제2 사이클론(230)에 상대적으로 작은 유입구(234) 및 보텍스 파인더(244)를 제공하고, 각각의 제2 사이클론(230)에 상대적으로 길고 상대적으로 가느다란 원뿔대 부분(236)을 제공함으로써 달성될 수 있다.
각각의 사이클로닉 분리 유닛은 기류로부터 포함된 쓰레기 및 먼지의 일부를 제거한다. 이로써 제2 및 제3 사이클로닉 분리 유닛이 더 작은 범위의 입자가 포함되어 있는 기류와 만나기 때문에, 이들이 더욱 효율적으로 작동할 수 있도록 해준다.
각각의 사이클로닉 분리 유닛은 상이한 개수 및 상이한 형상의 사이클론으로 구성될 수 있다. 도 7 내지 도 9는 본 발명의 범위 내에 포함되는 세 개의 추가적인 대안 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 이 예들에서는, 각각의 사이클로닉 분리 유닛을 구성하는 사이클론의 개수 및 전체적인 형상을 제외한 다른 모든 세부적인 사항은 생략한다.
먼저, 도 7에서, 장치(300)는 제1 사이클로닉 분리 유닛(310), 제2 사이클로 닉 분리 유닛(320), 및 제3 사이클로닉 분리 유닛(330)을 포함한다. 제1 사이클로닉 분리 유닛(310)은 원통 형상인 단 하나의 제1 사이클론(312)을 포함한다. 제2 사이클로닉 분리 유닛(320)은 평행하게 배치된 두 개의 원뿔대형 제2 사이클론(322)을 포함하고, 제3 사이클로닉 분리 유닛(330)은 역시 평행하게 배치된 여덟 개의 원뿔대형 제3 사이클론(332)을 포함한다. 이 실시예에서, 제3 사이클론(332)의 치수는 제2 사이클론(322)의 치수보다 훨씬 더 작으며, 제3 사이클로닉 분리 유닛(330)의 분리 효율은 제2 사이클로닉 분리 유닛(320)의 분리 효율보다 높다. 제2 사이클로닉 분리 유닛(320)의 분리 효율은 제1 사이클로닉 분리 유닛(310)의 분리 효율과 실질적으로 동일하도록 구성되어 있다.
도 8에 나타낸 구성에서, 장치(400)는 제1 사이클로닉 분리 유닛(410), 제2 사이클로닉 분리 유닛(420), 및 제3 사이클로닉 분리 유닛(430)을 포함한다. 제1 사이클로닉 분리 유닛(410)은 원통 형상인 단 하나의 제1 사이클론(412)을 포함한다. 제2 사이클로닉 분리 유닛(420)은, 평행하게 배치되고 제1 사이클론(410)의 직경보다 상당히 작은 직경을 갖는 세 개의 원통형 제2 사이클론(422)을 포함한다. 제3 사이클로닉 분리 유닛(430)은, 역시 평행하게 배치된 스물한 개의 원뿔대형 제3 사이클론(432)을 포함한다. 제3 사이클론(432)의 치수는 제2 사이클론(422)의 치수보다 훨씬 더 작을 것이어서, 제3 사이클로닉 분리 유닛(430)의 분리 효율은 제2 사이클로닉 분리 유닛(420)의 분리 효율보다 높을 것이다. 제2 사이클로닉 분리 유닛(420)의 분리 효율은 또 제1 사이클로닉 분리 유닛(410)의 분리 효율과 실질적으로 동일하도록 구성되어 있다.
도 9에 나타낸 구성에서, 장치(500)는 제1 사이클로닉 분리 유닛(510), 제2 사이클로닉 분리 유닛(520), 및 제3 사이클로닉 분리 유닛(530)을 포함한다. 제1 사이클로닉 분리 유닛(510)은, 원뿔대 형상인 비교적 큰 두 개의 제1 사이클론(512)을 포함한다. 제2 사이클로닉 분리 유닛(520)은, 평행하게 배치되고 제1 사이클론(510)보다 직경이 상당히 작은 세 개의 원뿔대형 제2 사이클론(522)을 포함한다. 제3 사이클로닉 분리 유닛(530)은, 역시 평행하게 배치된 네 개의 원뿔대형 제3 사이클론(532)을 포함한다. 제3 사이클론(532)의 치수는 또 제2 사이클론(522)의 치수보다 더 작을 것이지만, 제2 사이클로닉 분리 유닛(520)의 분리 효율은 제3 사이클로닉 분리 유닛(530)의 분리 효율과 실질적으로 동일하도록 구성된다. 이들의 분리 효율은 제1 사이클로닉 분리 유닛(510)의 분리 효율보다 높다.
도 7 내지 도 9에 나타낸 구성은, 각각의 사이클로닉 분리 유닛을 형성하는 사이클론들의 개수 및 형상이 변화될 수 있음을 보여주고자 한 것이다. 다른 구성들도 또한 가능함은 물론이다. 예를 들면, 제1 및 제2 사이클로닉 분리 유닛은 각각 단 하나의 사이클론을 포함할 수 있고, 제3 사이클로닉 분리 유닛은 평행하게 배치된 열네 개의 사이클론을 포함할 수 있다. 또, 다른 적절한 구성은 단 하나의 사이클론을 포함하는 제1 사이클로닉 분리 유닛, 평행한 두 개의 사이클론을 포함하는 제2 사이클로닉 분리 유닛, 및 평행한 열여덟 개의 사이클론을 포함하는 제3 사이클로닉 분리 유닛을 사용하는 것이다.
필요한 경우에, 제3 사이클로닉 분리 유닛의 하류에 추가적인 사이클로닉 분리 유닛을 부가할 수 있음은 물론이다. 또한, 사이클로닉 분리 유닛들은 관련 응 용예에 맞게 물리적으로 배치될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 공간이 허용되는 경우에, 제2 및/또는 제3 사이클로닉 분리 유닛은 물리적으로 제1 사이클로닉 분리 유닛의 외부에 배치될 수 있다. 그와 동시에, 사이클로닉 분리 유닛들 중 어느 하나가 다수의 사이클론을 포함하는 경우에, 그 사이클론들은 둘 이상의 그룹으로 배치되거나 치수가 상이한 사이클론들을 포함할 수 있다. 또, 다중 사이클로닉 분리 유닛(multi-cyclone separating unit) 내에 포함된 사이클론들은, 그 축들이 장치의 중심축에 대해 상이한 경사 각도로 놓이도록 배치될 수 있다. 이로써 콤팩트한 패키징 솔류션(compact packaging solution)을 용이하게 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 하나 이상의 제1 사이클론을 포함하는 제1 사이클로닉 분리 유닛;
    상기 제1 사이클로닉 분리 유닛의 하류에 위치되고, 하나 이상의 제2 사이클론을 포함하는 제2 사이클로닉 분리 유닛; 및
    상기 제2 사이클로닉 분리 유닛의 하류에 위치되고, 하나 이상의 제3 사이클론을 포함하는 제3 사이클로닉 분리 유닛
    을 포함하고,
    상기 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은, 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛 또는 상기 제3 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율 중 어느 하나와 실질적으로 동일한,
    사이클로닉 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은, 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율과 동일한, 사이클로닉 분리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율은, 상기 제3 사이클로닉 분리 유닛의 분리 효율과 동일한, 사이클로닉 분리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 사이클로닉 분리 유닛은 단 하나의 제1 사이클론을 포함하는, 사이클로닉 분리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 사이클론 또는 각각의 상기 제1 사이클론은 실질적으로 원통형인, 사이클로닉 분리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 사이클로닉 분리 유닛은 평행하게 배치된 복수의 제2 사이클론을 포함하고,
    상기 제3 사이클로닉 분리 유닛은 평행하게 배치된 복수의 제3 사이클론을 포함하는, 사이클로닉 분리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 제2 사이클론은 실질적으로 서로 동일하고,
    상기 복수의 제3 사이클론은 실질적으로 서로 동일한, 사이클로닉 분리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 사이클론 또는 각각의 상기 제2 및 제3 사이클론은 테이퍼 형상(tapering in shape)인, 사이클로닉 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 사이클론 또는 각각의 상기 제2 및 제3 사이클론은 원뿔대형(frusto-conical)인, 사이클로닉 분리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 사이클론 또는 각각의 상기 제2 사이클론의 테이퍼 각도는, 상기 제3 사이클론 또는 각각의 상기 제3 사이클론의 테이퍼 각도보다 큰, 사이클로닉 분리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 사이클론 또는 각각의 상기 제2 사이클론은, 상기 제1 사이클로닉 분리 유닛과 연통하는 둘 이상의 유입구를 갖는, 사이클로닉 분리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 사이클론 또는 각각의 상기 제2 사이클론에 대한 상기 유입구는, 관련 제2 사이클론의 축에 대해 원주 방향으로 이격되어 있는, 사이클로닉 분리 장 치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 사이클로닉 분리 유닛은 수집기(collector)를 포함하고, 상기 수집기는 다른 수집기들과 동시에 비워질 수 있는, 사이클로닉 분리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 사이클로닉 분리 유닛의 하류에 추가 사이클로닉 분리 유닛들을 더 포함하는 사이클로닉 분리 장치.
  15. 첨부도면에 나타낸 실시예들 중 어느 하나를 참조하여 앞서 설명한 것과 실질적으로 동일한 사이클로닉 분리 장치.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 사이클로닉 분리 장치를 포함하는 진공 청소기.
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