KR20120103695A - 진공 청소기 - Google Patents

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폭케 뢸오프 보르호르스트
비트 바스티안 요한네스 데
욜데르트 마리아 뵈르스마
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

진공 청소기(1, 21, 31)는 공기 주입 개구(3), 공기 배출 개구(6) 및 공기와 공기로 운반되는 입자를 분리하기 위한 회전 가능한 세퍼레이터(9)를 포함한다. 세퍼레이터(9)는 공기 주입 개구(3)와 공기 배출 개구(6) 사이에 위치된 적어도 하나의 공기 진입 개구(109)를 포함한다. 진공 청소기(1, 21, 31)는 세퍼레이터(9)를 향하여 공기 중 적어도 일부를 안내하기 위한 공기 안내 수단(15, 22, 37)을 포함한다. 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 사용시에 세퍼레이터(9) 주위에서 회전하는 공기의 기둥(17)에 축방향으로 적어도 부분적으로 폐쇄된 경계를 제공한다. 세퍼레이터(9)의 회전축(11)까지의 공기 안내 수단(15, 22, 37)의 가장자리(115, 122)의 최소 거리(Rag)는 세퍼레이터(9)의 회전축(11)까지의 세퍼레이터(9)의 공기 진입 개구(109)의 거리(Rs)보다 크다.

Description

진공 청소기{VACUUM CLEANER}
본 발명은, 공기 주입 개구, 공기 배출 개구, 챔버, 및 공기와 공기로 운반되는 입자(airborne particle)를 분리하기 위한 회전 가능한 세퍼레이터를 포함하는 진공 청소기에 관한 것이며, 세퍼레이터는 공기 주입 개구와 공기 배출 개구 사이에 위치된 적어도 하나의 공기 진입 개구를 포함한다.
국제 특허 공개 WO 92/03210 Al로부터 공지된 이러한 진공 청소기에 의해, 액체, 먼지 및 흙먼지처럼 공기로 운반되는 입자로 오염된 공기는 진공의 수단에 의해 세퍼레이터를 향하여 움직인다. 세퍼레이터를 회전시킬 때, 원심력은 공기로 운반되는 입자 상에 작용되고, 이로 인하여, 공기로 운반되는 입자들은 세퍼레이터로부터 멀리 움직이는 한편, 정화된 공기는 세퍼레이터를 통하여 공기 배출 개구로 유동한다. 비교적 무거운 입자들은 세퍼레이터의 비교적 낮은 회전 속도에서 공기로부터 분리된다. 그러나, 비교적 가벼운 입자들도 마찬가지로 제거할 수 있도록, 비교적 높은 회전 속도가 요구된다. 이러한 비교적 높은 회전 속도에서, 무거운 입자들은 축방향으로 세퍼레이터를 향해 움직여, 비교적 큰 힘으로 인하여 세퍼레이터를 타격할 수 있다. 무거운 입자들은 세퍼레이터를 손상시킬 수 있으며, 이로 인한 회전 세퍼레이터의 불균형이 발생하고, 이는 특히 고속 회전에서 진공 청소기의 성능에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.
WO 92/03210 Al CA 978 485 Al
본 발명의 목적은 회전 가능한 세퍼레이터를 구비하고, 이에 의해 비교적 무거운 입자들에 의한 세퍼레이터의 손상이 방지되는 진공 청소기를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 진공 청소기가 세퍼레이터를 향하여 공기 중 적어도 일부를 안내하기 위한 공기 안내 수단을 구비하고, 상기 세퍼레이터는 챔버의 벽과 상기 공기 안내 수단 사이에 배열되며, 상기 공기 안내 수단은 사용시에 상기 세퍼레이터 주위에서 회전하는 공기의 기둥(column of rotating air)에 축방향으로 적어도 부분적으로 폐쇄된 경계를 제공하며, 상기 세퍼레이터의 회전축까지의 상기 공기 안내 수단의 가장자리의 최소 거리(Rag)는 상기 세퍼레이터의 회전축까지의 상기 세퍼레이터의 공기 진입 개구의 거리(Rs)보다 큰, 본 발명에 따른 진공 청소기에 의해 달성된다.
세퍼레이터를 회전시키는 것에 의해, 회전하는 공기의 기둥이 세퍼레이터 주위에서 형성된다. 반경 방향으로의 공기 안내 수단의 치수가 세퍼레이터의 치수보다 크기 때문에, 공기로 운반되는 입자를 가진 공기는 거의 반경 방향으로 세퍼레이터를 향해 공기 안내 수단 주위에서 움직이도록 강제된다. 그러나, 원심력으로 인하여, 입자들은 그런 다음 세퍼레이터로부터 멀리 움직이며, 진공 청소기의 집진 용기로 낙하한다. 공기의 기둥은 예비 세퍼레이터로서 작용한다.
세퍼레이터를 또한 차폐하는 공기 안내 수단은 입자들이 축방향으로 세퍼레이터를 타격하는 것을 방지하여서, 세퍼레이터에 대한 손상은 큰 범위로 회피된다.
세퍼레이터를 향해 축방향으로 움직이는 입자들은 공기 안내 수단을 타격하게 된다. 공기 안내 수단은 또한 차폐물로서 기능한다. 큰 입자들은 심지어 공기 안내 수단도 손상시킬 수 있다.
정상적인 경우에, 공기 안내 수단과 세퍼레이터가 하우징 또는 챔버 내에 장착되기 때문에 사용자가 세퍼레이터를 터치하는 것이 방지된다. 그러나, 진공 청소기가 정확하게 사용되지 않고 세퍼레이터가 하우징 외부에 위치되는 비정상적인 상황하에서도, 공기 안내 수단은 사용자가 세퍼레이터를 터치하는 것을 방지하게 된다.
입자들이 세퍼레이터에 충돌하기 전에 입자들을 포획하는 수조 필터(water bath filter)의 수단에 의해 입자들에 의한 타격으로부터 세퍼레이터를 보호하는 것이 공지되어 있다는 것을 유의하여야 한다. 입자들은 필터에 남게 되고, 이로 인하여, 필터는 폐색되고 공기의 흐름은 차단될 것이다. 본 발명에 따른 진공 청소기에 의해, 공기의 흐름은 세퍼레이터를 향해 공기 안내 수단 주위에서 움직일 수 있다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 실시예는, 공기 안내 수단이 회전할 수 없거나, 또는 세퍼레이터의 각속도보다 낮은 속도와 0(null) 사이의 각속도로 세퍼레이터에 대해 회전할 수 있는 것을 특징으로 한다.
공기 안내 수단이 회전하지 못하거나 또는 세퍼레이터보다 훨씬 낮은 속도로 회전되기 때문에, 공기 안내 수단에 대한 손상이 세퍼레이터의 성능에 영향을 주지 않으며, 진공 청소기의 성능, 특히 역학적 성능에 영향을 주지 않거나 또는 거의 영향을 주지 않게 된다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예는, 세퍼레이터 주위에서 회전하는 공기의 기둥이 축방향으로 최대 치수(H)를 가지며, 세퍼레이터는 사용 동안 최대 각속도(ㆍ)로 회전 가능하고, 이 최대 각속도(ㆍ)에서, 공기는 무부하 상태(unloaded condition)에서 최대 유량(Q)으로 공기 주입 개구와 공기 배출 개구 사이에서 유동하고, 세퍼레이터의 회전축까지의 공기 안내 수단의 가장자리의 최소 거리(Rag)는 다음의 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 한다:
Figure pct00001
이 최소 거리의 효과는, 세퍼레이터를 손상시킬 수 있는 입자들이 세퍼레이터에 충격을 주는 대신 세퍼레이터를 빗나가는 만큼의 속도 및 방향으로 이러한 입자들이 회전하는 공기의 기둥 내로 던져진다는 것이다.
이 범위에서, 공기로 운반되는 입자들이 그 반경방향 속도(radial velocity)의 정점에서 세퍼레이터에 대해 접선인 방향으로의 속도를 얻는데 충분한 시간을 가지는 유익한 기술적 효과가 있다. 입자들은 특정 접선 속도 이상에서 세퍼레이터를 빗나가게 되며, 세퍼레이터에 대한 충돌없이 그리고 세퍼레이터에 대한 손상을 유발함이 없이 세퍼레이터로부터 멀리 가속된다.
상기 수학식 1은 세퍼레이터 주위에 완충지대가 있다는 것을 또한 반영한다. 이 완충지대는 중공의 원통 형상을 가진다. 그 내경은 세퍼레이터의 반경 크기에 대응하는 한편, 외경은 공기 안내 수단의 반경 크기에 대응한다. 이 완충지대의 높이(H)는 회전축을 따르는 세퍼레이터의 치수에 일치한다. 이 완충지대의 체적이 세퍼레이터의 회전 반경당 세퍼레이터를 통해 운반되는 공기의 체적을 초과하면, 공기로 운반되는 비교적 무거운 입자들은 세퍼레이터를 타격함이 없이 이 완충지대에서 밖으로 튕겨지도록 완충지대에서 충분히 긴 시간 동안 잔류한다. 그러므로, 공기 안내 수단은, 그 차폐 기능의 정점에서, 특히 세퍼레이터에 관계한 그 크기 및 위치에 의해 결정되는 매우 특별한 공기 역학적 효과를 가진다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예는, 세퍼레이터와 공기 안내 수단 사이의 축의 축방향으로 가장 짧은 거리(Hs-ag)가 사용 시에 진공 청소기에 의해 픽업되고 적어도 100㎛(미크론)의 크기를 가지는 입자들의 5% 미만, 보다 바람직하게 1% 미만, 더욱 바람직하게 0.1% 미만이 세퍼레이터로 들어가는 정도인 것을 특징으로 한다.
세퍼레이터에 도달하는 이러한 입자들의 양에 의해, 세퍼레이터에 대한 손상이 최소화되고, 더욱 낮은 백분율은 보다 적은 손상에 대응한다.
이러한 거리에 의해, 세퍼레이터를 향하여 축방향으로 움직이는 대부분의 입자들은 공기 안내 수단에 의해 저지된다. 회전하는 세퍼레이터 주의에서 회전하는 공기의 기둥으로 인하여, 공기 안내 수단 주위로 안내된 모든 입자들은 회전하는 공기의 기둥으로 들어가게 된다. 원심력으로 인하여, 바람직하게 모든 크고 무거운 입자들은 세퍼레이터로부터 멀리 움직이게 된다. 단지 비교적 가벼운 입자들만이 회전하는 공기의 기둥을 통해 움직이고 세퍼레이터의 진입 개구로 들어갈 수 있다. 그러나, 이러한 입자들은 세퍼레이터를 손상시키지 않거나 덜 심하게 손상시키게 된다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예는 공기 안내 수단이 세퍼레이터로부터 고정된 거리(Hs-ag)에 위치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 공기 안내 수단은 진공 청소기의 하우징에 용이하게 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 추가 실시예는, 세퍼레이터와 공기 안내 수단 사이의 축의 축방향으로 가장 짧은 거리(Hs-ag)가 변할 수 있도록 공기 안내 수단이 세퍼레이터를 향하고 이로부터 멀리 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 가동성 공기 안내 수단은 진공 청소기의 먼지 수집 용기가 가득 찬 경우에 세퍼레이터의 공기 진입 개구들을 차단하도록 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예는, 진공 청소기가 액체로 채워지는 챔버를 구비하고, 이에 의해, 공기 안내 수단이 액체 상에서 부양 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 챔버가 물같은 액체로 채워질 때, 공기 안내 수단은 세퍼레이터를 향해 움직이게 되고, 상기 챔버에 있는 액체의 수위가 사전 결정된 수위 이상일 때 세퍼레이터의 공기 진입 개구를 막거나 또는 진공 청소기를 끄도록 스위치를 작동시키게 된다. 이러한 방식에서, 액체는 세퍼레이터로 들어가는 것이 방지된다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예는 공기 안내 수단이 둥근 형상을 가지며, 그 축이 세퍼레이터의 회전축과 일치하는 것을 특징으로 한다.
원추형 또는 원통형과 같은 이러한 둥근 형상에 의해, 공기는 모든 위치에서 공기 안내 수단 주위에서 회전하는 공기의 기둥 내로 직접 흐를 수 있다.
본 발명의 진공 청소기의 또 다른 실시예는, 세퍼레이터가 원심력용 팬을 포함하는 한편, 진공 청소기는 세퍼레이터와 공기 배출 개구 사이에 위치된 진공용 팬을 추가로 포함하며, 원심력용 팬과 진공용 팬은 회전축 주위에서 함께 회전 가능하며, 이에 의해 진공용 팬은 원심력용 팬보다 큰 지름을 가지는 것을 특징으로 한다.
2개의 팬을 사용하는 것에 의해, 원심력용 팬은 공기로 운반되는 입자로부터 공기를 분리하도록 사용되는 한편, 진공용 팬은 공기 주입 개구로부터 공기 배출 개구를 향해 공기를 움직이도록 사용된다. 원심력용 팬은 진공용 팬에 대해 반대 효과를 내도록 작업하지만, 진공용 팬의 지름이 원심력용 팬보다 크기 때문에, 공기는 여전히 두 팬을 통해 움직이게 된다.
본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예에서, 공기 안내 수단은 세퍼레이터 주위에서 회전하는 공기의 기둥을 생성하기 위한 먼지 분리 공간과, 회전하는 공기의 기둥 내로 공기로부터 분리된 입자들의 재진입을 방지하도록 이러한 입자를 수집하기 위하여, 상기 챔버의 입자 수집 공간을 형성한다.
공기 안내 수단은 회전하는 공기의 기둥의 경계를 한정한다. 기둥의 에너지가 세퍼레이터 주위에 한정된 공간으로 국한되면, 이 기둥 주위에서 먼지 가득한 공기에 있는 입자들은 분리된다. 회전하는 공기의 기둥으로부터 분리되면, 이러한 입자들은 상기 챔버의 또 다른 공간, 즉 입자 수집 공간에서 수집된다. 입자 수집 공간에서, 입자들은 진행이 늦춰지고, 큰 범위로 움직이지 않게 된다. 이러한 늦춰짐과 움직이지 않는 효과는 대부분의 이미 분리된 입자들이 다시 회전하는 공기의 기둥 내로 재진입되는 것이 방지된다는 것이다. 이러한 것은 분리 공정의 효율에 기여한다. 한편으로, 공기 안내 수단은 회전 기둥을 위한 먼지 분리 공간을 한정하고, 이에 의해, 효율적인 방식으로 분리 공정을 수행하도록 회전하는 공기의 에너지 밀도를 충분히 높게 유지한다. 다른 한편으로, 공기 안내 수단에 의해 상기 챔버에서 한정된 입자 수집은, 회전하는 공기의 에너지가 이미 분리된 입자 상에서 많이 소비되는 것을 큰 범위로 방지한다. 이와 같이, 공기 안내 수단은, 공기의 기둥이 챔버를 통해 너무 많이 퍼지는 것에 의해, 그 분리 강도를 상실하는 동시에 이미 분리된 입자를 흡인하는 것을 방지한다.
캐나다 특허 공개 CA 978 485 Al은, 가정용 진공 청소기와 함께 사용하고 케이싱, 케이싱 내에 배치된 각각의 방출 및 흡기 개구들을 구비한 케이싱을 통해 연장하는 입구 및 출구 도관들을 구비하는, 비말동반된(entrained) 물질 세퍼레이터를 개시한다. 세퍼레이터 내에서의 공기 흐름은 배플의 자유 가장자리 주위에서 출구 도관의 입구 구멍들 내로 흡인된다. 배플 주위에서 공기 흐름의 방향 변화는 임의의 비말동반된 액체와 임의의 비말동반된 대부분의 고체 물질의 분리를 유발한다. 임의의 나머지 비말동반된 고체들은 공기가 출구 도관을 통과함으로써 필터에 의해 공기 흐름으로부터 분리된다. 변형예에서, 출구 도관 내에서, 배플은 로드에 공축으로 고정되고 축선 유동 프로펠러 디바이스는 로드의 단부에 공축으로 고정된다. 출구 도관을 통한 공기 흐름은 프로펠러를, 그러므로, 로드와 배플을 세퍼레이터의 축 주위에서 회전시키게 된다. 배플의 회전은 비말동반된 물질이 배플에 충돌될 때 배플에 달라붙을 가능성을 감소시킨다.
본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 청소기의 개략 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 진공 청소기의 일부의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 세퍼레이터의 주위에서 회전하는 공기의 기둥의 사시도.
도 4는 비교적 무거운 입자들의 움직임을 도시하는 도 2에 도시된 바와 같은 단면도.
도 5는 도 2와 유사한 진공 청소기의 일부의 측면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 진공 청소기의 공기 안내 수단과 세퍼레이터의 개략 평면도 및 그 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 진공 청소기의 측면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 진공 청소기의 또 다른 실시예의 단면도 및 평면도.
도면에서 동일한 부분들은 동일한 도면 부호에 의해 지시된다.
도 1 내지 도 6b는 본 발명에 따른 진공 청소기(1)의 실시예의 상이한 도면들을 도시한다. 진공 청소기(1)는 공기 주입 개구(3), 제 1 챔버(4), 제 2 챔버(5) 및 공기 배출 개구(6)를 구비한 하우징(2)을 포함한다. 공기 주입 개구(3)는 제 1 챔버(4)의 바닥에 위치되는 한편, 공기 배출 개구(6)는 제 2 챔버(5)의 벽에 위치된다. 제 1 및 제 2 챔버(4, 5)들 사이에 벽(7)이 위치된다. 진공 청소기(1)는 제 2 챔버(5)에 위치된 진공용 팬(8)과 제 1 챔버(4)에 위치된 원심력용 팬(9)을 또한 구비한다. 진공용 팬(8)과 원심력용 팬(9)은 벽(7)을 통해 연장하는 중공 튜브(10)의 수단에 의해 서로 연결된다. 진공용 팬(8)과 원심력용 팬(9)은 모터(12)의 수단에 의해 회전축(11)을 중심으로 함께 회전할 수 있다. 공기는 공기 진입 개구(109)를 통하여 원심력용 팬(9)으로 들어오고, 공기 배출 개구(6) 가까이에서 진공용 팬(8)을 떠난다. 모터(12)는 제 2 챔버(5)에 위치된다. 제 2 챔버(5)의 외측의 진공 청소기의 어딘가에 모터(12)를 위치시키는 것이 또한 가능하다.
공기 주입 개구(3)는 회전축(11)과 평행하게 연장하는 튜브(13)의 수단에 의해 형성된다. 튜브(13)의 단부(14)와 원심력용 팬(9) 사이에는 공기 안내 수단(15)이 위치된다. 공기 안내 수단(15)은 바람직하게 원심력용 팬(9)의 회전축과 일치하는 축을 가진 둥근 형상을 가진다. 도 1에 도시된 실시예에서, 공기 안내 수단(15)은 원심력용 팬(9)으로부터 멀리 약간 구부러지고, 다른 도면에서, 공기 안내 수단(15)은 회전축(11)에 대해 직각으로 연장하는 플레이트를 포함한다.
공기 안내 수단(15) 및 진공용 팬(8)의 지름은 원심력용 팬(9)의 지름보다 크다. 원심력용 팬(9)은 진공용 팬(8)에 대해 반대 효과를 내는 방식으로 공기를 펌핑한다. 이러한 것은, 원심력용 팬(9)에 의해, 공기가 진공용 팬(8)에 의해 공기가 움직이는 방향에 반대 방향으로 보내지는 것을 의미한다. 두 팬(8, 9)들의 지름에서의 차이로 인하여, 공기는 여전히 진공용 팬(8)을 향해 움직이는 한편, 원심력용 팬(9)에 의해 생성된 원심력에 의해 적어도 대부분의 공기로 운반되는 입자들이 원심력용 팬(9)과 진공용 팬(8)으로 들어가는 것이 방지되게 된다.
진공 청소기(1)는 단지 개략적으로 도시되어 있다. 진공 청소기는 또한 튜브(13) 내로 먼지 또는 분진을 움직이는 수단, 청소될 표면 상에 물같은 액체를 적용하는 수단 등을 또한 포함할 수도 있다.
제 1 챔버(4)의 바닥은 진공 청소기(1)에 의해 픽업되는 바와 같은 먼지, 분진 및 액체를 수집하기 위한 먼지 수집 용기를 형성한다.
본 발명에 따른 진공 청소기(1)는 다음과 같의 동작한다.
모터(12)의 수단에 의해, 진공용 팬(8)과 원심력용 팬(9)은 예를 들어 20000*2*π rad/min (20,000 rpm)의 속도로 화살표(P1)로 지시된 방향으로 회전축(11)을 중심으로 회전된다. 진공용 팬(8)의 지름이 원심력용 팬(9)의 지름보다 크기 때문에, 먼지, 분진 및 액적같은 공기로 운반되는 입자로 오염된 공기는 튜브(13)를 통해 제 1 챔버(4) 내로 흡인되게 된다. 오염된 공기는 공기 안내 수단(15)을 타격하게 되고, 공기로 운반되는 입자들의 일부는, 이미 수집된 물같은 액체 내로 제 1 챔버(4)의 바닥으로 낙하하게 된다. 그러므로, 입자 수집 챔버(16)가 형성된다.
회전하는 원심력용 팬(9)으로 인하여, 회전하는 공기의 기둥(17)이 원심력용 팬(9) 주위에 형성된다. 오염된 공기는 원심력용 팬(9)을 향해 공기 안내 수단(15) 주위에서 유동하고, 회전하는 공기의 기둥(17)으로 들어가게 된다. 공기로 운반되는 입자들이 공기 자체보다 무겁기 때문에, 공기는 원심력용 팬(9), 튜브(10) 및 진공용 팬(8)을 통해 움직이고, 배출 개구(6)를 통해 정화된 공기로서 진공 청소기(1)를 떠나게 된다. 원심력용 팬(9)의 수단에 의한 원심력이 입자들에 작용하게 되고, 이로 인하여, 입자들은 원심력용 팬(9)으로부터 멀리 움직이게 된다. 원심력용 팬(9)의 수단에 의해, 입자들은 오염된 공기로부터 제거되고, 주로 정화된 공기가 원심력용 팬(9)으로 들어가게 된다. 원심력용 팬(9)은 세퍼레이터로서 작용한다. 원심력용 팬(9)으로부터 충분히 멀리 움직인 입자들은 수집 공간(16)에 있는 물속으로 낙하하게 된다.
도 4는 이러한 입자들이 유동하는 경로(18)를 개략적으로 도시한다. 입자들이 추종할 수 있는 궤적 또는 경로(18)의 일부는, 원심력용 팬(9), 벽(7) 및 공기 안내 수단(15)에 의해 경계가 정해지고 최대 높이(H)와 함께 외부에서 반경(Rag)을 가진 경계 실린더(bounding cylinder)와 내부에서 반경(Rs)을 가진 경계 실린더를 형성하는 가상의 공간에 위치된다. 그러므로, 이러한 경계 실린더들은 원심력용 팬(9)과 공기 안내 수단(15)을 점유한다. 상기 가상의 공간은 원심력용 팬(9)의 회전 반경당 진공용 팬에 의해 운반되는 공기의 체적보다 커야만 하는 체적을 가진다. 이와 같이, 반경 속도 성분(Vx)으로 원심력용 팬(9)에 접근하는 입자를 늦추는데 충분한 시간이 있다. 이러한 입자들을 늦추는 동안, 이 입자들의 접선 속도 성분(Vy)은 원심력용 팬(9)과의 입자들의 충돌을 피하도록 반경 속도 성분(Vx)보다 클 수 있다. 가상 공간의 크기는 회전축(11)으로부터 거리(Rag)에서 입자들이 상기 공간으로 들어가는 반경 속도(Vx)를 결정한다. 외측 표면적에 의해 분할되는 원심력용 팬(9)을 통한 공기의 흐름은 입자들이 가상 공간으로 들어가는 속도를 결정한다.
도 6a 및 도 6b는 입자들의 속도 성분(Vx 및 Vy)을 개략적으로 도시하며, 이는 원심력용 팬(9) 주위에서 회전하는 공기의 기둥(17)으로 들어갈 때를 뒤따르기 쉬운 경로(18)를 초기에 결정한다. 공기 안내 수단(15)의 지름이 너무 작기 때문에, 무거운 입자들이 원심력용 팬(9)을 타격하여 원심력용 팬을 손상시킬 수 있다. 2개의 속도 성분(Vx 및 Vy)은 기둥에 들어갈 때 입자들이 조준되는 각도를 결정한다. 상기 각도가 충분히 크면, 입자들은 원심력용 팬(9) 너머로 빠르게 지나간다. 너무 작은 각도로 조준된 입자들은 원심력용 팬(9)의 표면을 타격하게 되고, 상당한 손상을 유발할 수 있다. 작은 Vx를 사용하는 것에 의해, 조준 각도는 충분히 크게 유지될 수 있다. 상기된 바와 같이, Vx는 특히 공기 안내 수단의 지름을 확장하는 것으로 한정될 수 있다. 그러나, 공기 안내 수단(15)의 지름이 너무 크면, 원심력용 팬(9)을 향해 공기 안내 수단(15) 주위에서 오염된 공기를 움직이기 위한 에너지가 손실되게 된다. 공기 안내 수단의 필요한 반경(Rag), 즉, 상기 효과의 이유가 되는 필요한 반경(Rag)은 다음의 수학식 2에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure pct00002
여기에서,
Rag는 공기 안내 수단(15)의 반경,
Rs는 원심력용 팬(9)의 반경,
ㆍ는 원심력용 팬(9)의 rad/s로 표기되는 회전 속도,
Vx는 원심력용 팬(9)을 향한 내향 유동 속도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전하는 공기의 기둥(17)은 공기 안내 수단(15)과 벽(7) 사이에 높이(H)를 가진다. 공기 배출 개구(6)로 움직일 수 있도록 공기가 반드시 통과하여 유동하여야만 하는 회전하는 공기의 기둥의 표면(S)은 S = 2 ㆍ Rag * H이다.
공기 배출 개구(6)에서의 방출량(Q)이 알려지거나 또는 측정되면, 최대 속도(Vx)는 Vx = Q/S에 의해 계산될 수 있다.
방출량(Q)은 자유 공기에 연결된 튜브(13)에 의해, 무부하 상태로 비워진 진공 청소기를 진행하는 방출량이다. 이러한 상태에서, 유동 저항은 최소이고, 그 결과, Q의 값이 Q에 대한 최대값으로서 고려될 수 있다. 반경(Rag)은 지금 다음의 수학식 3으로 표현될 수 있다:
Figure pct00003
회전하는 공기의 기둥의 최대 허용 가능한 높이(H)와 원심력용 팬(9)까지의 공기 안내 수단(15)의 거리(Hs_ag)는, 특정의 사전 결정된 회전 속도(ㆍ)로 회전되는 원심력용 팬(9)과 계산된 반경(Rag)을 가진 공기 안내 수단(15)을 사용하는 것에 의해 경험적으로 결정될 수 있다. 공기 안내 수단(15)은 이어서 회전하는 공기의 기둥(17)의 각각의 상이한 높이(H)를 가진 상이한 위치에 위치된다. 각 높이(H)에 대하여, 공기 진입 개구(109)에서 100㎛(미크론)보다 큰 크기를 가진 입자들의 양(A)이 결정된다. 상기 양(A)은, 수용 가능한 레벨로 원심력용 팬(15)의 손상을 유지하도록, 그러므로 수용 가능한 범위에 있는 진공 청소기의 수명을 제공하도록, 초기에 제공된 먼지에서 100㎛(미크론)보다 큰 다량의 입자들 중 바람직하게 적어도 5% 미만, 보다 바람직하게 1% 미만, 한층 더욱 바람직하게 0.1% 미만이어야 한다.
이러한 입자들은 입자들을 접착하는 일종의 아교를 사용하거나 또는 샘플 튜브를 사용하여 공기 진입 개구(109)에서 수집될 수 있다. 빛의 수단에 의해 입자들의 양 및 크기를 측정하기 위한 디바이스를 사용하는 것이 또한 가능하다. 이러한 측정이 기술의 상태의 일부를 형성함에 따라서, 측정은 본원에서 추가로 설명되지 않는다.
도 7은, 원심력용 팬(9)의 회전축(11)에 평행한 2중 화살표(P2)로 지시된 바와 같은 방향으로 움직일 수 있는 부양 가능한 공기 안내 수단(22)을 포함하는 본 발명에 따른 진공 청소기(21)의 또 다른 실시예를 도시한다. 공기 안내 수단(22)은 벽(7)으로부터 연장하는 로드(23)를 따라서 안내된다. 상기된 바와 동일한 방식으로, 오염된 공기는 반경 방향으로 원심력용 팬(9)을 향하여 공기 안내 수단(22) 주위에서 유동한다. 이러한 방식에서, 입자들이 축방향으로 원심력용 팬(9)을 타격하는 것이 회피된다. 진공 청소기(21)를 사용할 때, 제 1 챔버(4)에 있는 입자 수집 공간(16)에서의 물의 수위는 상승하게 된다. 물이 공기 안내 수단(22)에 도달하자마자, 공기 안내 수단(22)은 부양하기 시작하고, 점선으로 지시된 바와 같은 위치로 위를 향해 움직이게 된다. 이에 의해, 이러한 것은 원심력용 팬(9)을 향한 공기의 흐름을 차단하게 되고, 진공 청소기(21)는 작업을 중지하게 된다. 제 1 챔버(4)를 비운 후에, 진공 청소기(21)는 다시 사용될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 진공 청소기(31)의 또 다른 실시예를 도시한다. 진공 청소기(31)는, 원통형 벽(33), 바닥 부분(34) 및 상부 부분(35)을 가지는 하우징(32)을 포함한다. 상부 부분(35)에, 원심력용 팬(9), 벽(7), 진공용 팬(8), 및 모터(12)가 위치된다.
원통형 벽(33)의 측부는 공기 주입 개구(36)를 포함하고, 공기 주입 개구에 의해, 오염된 공기는 원심용 팬의 위치와 거의 동일한 레벨에서 접선 방향으로 하우징(33)으로 들어가게 된다.
바닥 부분(34)은 원심력용 팬(9)에 비교적 근접하여 위치되는, 중앙에 위치된 상승 부분(37)을 구비한다. 상승 부분(37)은 공기 안내 수단(15, 22)과 동일한 방식의 공기 안내 수단으로서 작용한다. 진공 청소기(31)를 사용할 때, 회전하는 공기의 기둥은 벽(7)과 상승 부분(37) 사이에 및 세퍼레이터 주위에 형성되고, 무거운 먼지 입자들이 원심력용 팬(9)으로 들어가는 것을 방지한다.
본 발명이 도면들과 앞의 설명에서 상세하게 도시되고 기술되었지만, 이러한 도시 및 설명은 예증 또는 예시로서 고려되고 비제한적이며; 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다.
예를 들어, 공기 안내 수단이 정사각형 형상, 8각형 형상 또는 임의의 다른 종류의 형상을 가지는 것이 가능하다. 공기 안내 수단의 가장자리의 최소 거리는 상기된 수학식에서 Rag로서 사용될 수 있다. 공기 안내 수단은 플레이트 형상일 수 있으며, 이에 의해, 플레이트 형상의 공기 안내 수단은 원심용 팬의 회전축에 대해 직각으로 또는 90°미만의 각도로 연장한다.
공기 안내 수단은 일정한 다공성을 가진 재료로 만들어질 수 있으며, 이러한 것은 비교적 작은 치수를 가지는 입자와 공기의 일부분이 공기 안내 수단을 통과하는 것을 가능하게 하는 한편, 보다 큰 입자들은 공기 안내 수단에 의해 차단된다. 공기의 다른 부분은 공기 안내 수단 주위에서 흐르게 된다.
개시된 실시예들의 다른 변형들이 도면, 상세한 설명, 및 첨부된 특허청구범위의 연구로부터 청구된 발명을 실시하는데 있어서 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 특허청구범위에서, 용어 "포함하는"은 다른 구성 요소 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수 표현은 다수를 배제하지 않는다. 상부 및 바닥으로서 지시된 도면에 도시된 것은 본 발명에 따른 실제의 실시예에서 거꾸로 될 수 있거나, 또는 심지어 수직 방향과 일정한 각도로 배열될 수 있다. 회전하는 공기의 기둥은 임의의 방향으로 지향될 수 있고, 상기 기둥의 축이 수직 방향과 일치하는 것이 필요하지 않다. 청구항에 있는 임의의 도면 부호는 그 범위를 한정하는 것으로서 고려되지 않아야 한다.
당업자가 예측하는 것으로서, 진공 청소기의 개념은 공기의 흐름에 의해 그리고 흐름으로 입자들의 운반을 유발하는 것에 의해 플로어를 청소하는데 적합한 디바이스로서 이해되어야만 한다. 공기의 흐름은 보통의 진공 청소기에서와 같이 진공에 의해 유발되어야 하는 것을 필요로 하지 않으며; 공기의 흐름은 또한 마루에 접촉하고 종래의 "진공" 청소기들의 대부분의 상태에서와 같이 진공의 생성과 다른 추진 메커니즘에 의해 입자를 포함하는 공기를 펌핑하는, 예를 들어 하나 이상의 회전 브러시에 의해 유발될 수 있다.

Claims (10)

  1. 공기 주입 개구(3, 36), 공기 배출 개구(6), 챔버(4) 및 공기로 운반되는 입자와 공기를 분리하기 위한 회전 가능한 세퍼레이터(9)를 포함하며, 상기 세퍼레이터(9)는 상기 공기 주입 개구(3)와 상기 공기 배출 개구(6) 사이에 위치된 적어도 하나의 공기 진입 개구(109)를 포함하는 진공 청소기 (1, 21, 32)에 있어서,
    상기 진공 청소기 (1, 21, 31)는 상기 세퍼레이터(9)를 향하여 공기 중 적어도 일부를 안내하기 위한 공기 안내 수단(15, 22, 37)을 포함하며, 상기 세퍼레이터(9)는 상기 챔버(4)의 벽(7)과 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37) 사이에 배열되고, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 사용시에 상기 세퍼레이터(9) 주위에서 회전하는 공기의 기둥(17)에 축방향으로 적어도 부분적으로 폐쇄된 경계를 제공하며, 상기 세퍼레이터(9)의 회전축(11)까지의 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)의 가장자리(115, 122)의 최소 거리(Rag)는 상기 세퍼레이터(9)의 회전축(11)까지의 상기 세퍼레이터(9)의 상기 공기 진입 개구(109)의 거리(Rs)보다 큰 것을 특징으로 하는, 진공 청소기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 회전할 수 없거나, 또는 상기 세퍼레이터(9)의 각속도보다 낮은 값과 0 사이의 각속도로 상기 세퍼레이터(9)에 대해 회전하는, 진공 청소기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 세퍼레이터(9) 주위에서 회전하는 공기의 기둥(17)이 축방향으로 최대 치수(H)를 가지며, 상기 세퍼레이터(9)는 사용하는 동안 최대 각속도(ㆍ)로 회전 가능하고, 이 최대 각속도(ㆍ)에서, 공기는 무부하 상태에서 최대 유량(Q)으로 상기 공기 주입 개구(3)와 상기 공기 배출 개구(6) 사이에서 유동하고, 상기 세퍼레이터(9)의 회전축(11)까지의 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)의 가장자리(115, 122)의 최소 거리(Rag)는 다음의 식을 만족시키는, 진공 청소기.
    Figure pct00004
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터(9)와 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37) 사이의 축(11)의 방향으로 가장 짧은 거리(Hs - ag)는 사용 시에 상기 진공 청소기(1, 21)에 의해 픽업되고 적어도 100㎛(미크론)의 크기를 가지는 입자들의 5% 미만, 보다 바람직하게 1% 미만, 더욱 바람직하게 0.1% 미만이 상기 세퍼레이터(9)로 들어가도록 구성되는, 진공 청소기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 상기 세퍼레이터(9)로부터 고정된 거리(Hs-ag)에 위치되는, 진공 청소기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터(9)와 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37) 사이의 축(11)의 축방향으로 가장 짧은 거리(Hs - ag)가 변할 수 있도록, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)이 상기 세퍼레이터(9)를 향하고 이로부터 멀리 움직이는, 진공 청소기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 진공 청소기(1, 21, 32)는 액체로 채워지는 챔버를 구비하고, 이에 의해, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 액체 상에서 부양하는, 진공 청소기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 둥근 형상을 가지며, 그 축이 상기 세퍼레이터(9)의 회전축(11)과 일치하는, 진공 청소기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터(9)는 원심력용 팬을 포함하는 한편, 상기 진공 청소기(1, 21, 32)는 상기 세퍼레이터(9)와 상기 공기 배출 개구 사이에 위치된 진공용 팬(8)을 추가로 포함하며, 상기 원심력용 팬과 상기 진공용 팬은 상기 회전축(11) 주위에서 함께 회전 가능하며, 이에 의해 상기 진공용 팬(8)은 상기 원심력용 팬(9)보다 큰 지름을 가지는, 진공 청소기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 안내 수단(15, 22, 37)은 상기 세퍼레이터(9) 주위에서 회전하는 공기의 기둥을 생성하기 위한 먼지 분리 공간과, 상기 회전하는 공기의 기둥 내로 공기로부터 분리된 입자들의 재진입을 방지하도록 이러한 입자들을 수집하기 위한, 상기 챔버(4)의 입자 수집 공간(16)을 형성하는, 진공 청소기.
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