PL195297B1 - Oddzielacz do odkurzacza - Google Patents

Abstract

1. Oddzielacz do odkurzacza z kapiela cie- czy, bedacy czescia zespolu zlozonego z od- dzielacza i pierscienia uszczelniajacego zamo- cowanego na wale silnika odkurzacza, zna- mienny tym, ze oddzielacz ma dno (12), kor- pus z turbinowymi lopatkami (15), pierscien uszczelniajacy (11) usytuowany w jego górnym koncu, oraz kierujacy przeplywem powietrza element (20) umiejscowiony przy spodzie po- krywy (1a). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek ten dotyczy oddzielacza do odkurzaczy z kąpielą cieczy. Kąpiel ta zapewnia wstępne oddzielanie i osadzenie zassanego cząstkowego materiału stałego. Odkurzacze należą do podciśnieniowych urządzeń odpylających.

Znane są odkurzacze o różnych konstrukcjach stosowane w mieszkaniach i w przemyśle. Wspólną ich cechą charakterystyczną jest wytwarzanie podciśnienia, na skutek czego powstaje przepływ powietrza zasysający niepożądane cząstki ciał stałych, a w niektórych przykładach realizacji również cieczy do wnętrza odkurzacza. Następnie wchłonięte powietrze musi zostać oddzielone od zassanych cząstek ciał stałych i ewentualnie cieczy. Po oddzieleniu cząstek ciał stałych i ewentualnie cieczy powietrze jest wyrzucane z powrotem do otoczenia. Cząstki ciał stałych i ewentualnie ciecz powinny jednak pozostać w odkurzaczu. Oddzielanie cząstek ciał stałych od powietrza przeprowadza się za pomocą filtrów mechanicznych. Z drugiej strony, oddzielanie cząstek ciał stałych i ewentualnie wciągniętej cieczy od powietrza możliwe jest do przeprowadzenia za pomocą kąpieli cieczy (filtru) i specjalnego oddzielacza. Zalety oddzielania i osadzania cząstek ciał stałych i ewentualnie zassanej cieczy od powietrza za pomocą kąpieli cieczy polegają na tym, że ciecz, którą zwykle jest woda, jest zawsze dostępna (w odróżnieniu od filtrów mechanicznych); że ciecze, przykładowo środki czyszczące, mogą być zasysane podobnie jak cząstki ciał stałych; i że takie podciśnieniowe urządzenie czyszczące podczas działania powoduje niewielkie nawilżenie pomieszczenia. Pospolitym problemem występującym przy wszystkich wymienionych odkurzaczach z kąpielą cieczy jest wymaganie, że oprócz cząstek ciał stałych również ciecz porywana przez przepływ powietrza musi być oddzielona od powietrza. W większości odkurzaczy z kąpielą cieczy oddzielanie powietrza od cząstek ciał stałych i porywanej cieczy przeprowadza się przez odwirowanie z wykorzystaniem znacznie mniejszej gęstości powietrza w porównaniu z cząstkami ciał stałych lub cieczami.

Odkurzacze z kąpielą cieczy opisano przykładowo w patencie USA 4.640.697 i odpowiednio w patencie RFN nr 36 32 992, USA 5.030.257 i USA 5.125.129. Główną wadą tych opatentowanych rozwiązań, dotyczącą oddzielania cząstek ciał stałych i cieczy od powietrza jest jednak technicznie wymagająca i niewydajna konstrukcja oddzielaczy.

Według publikacji WO 92/03210 oddzielanie powietrza od cząstek ciał stałych przeprowadza się w trzech stopniach. Podczas przechodzenia przepływu powietrza przez pułapkę cieczy większe cząstki zostają zwilżone i przechwycone przez ciecz. Mniejsze cząstki są porywane przez przepływ powietrza w kierunku oddzielacza i ulegają koalescencji z mikroskopijnymi kropelkami cieczy na jego powierzchni. Dzięki dużej prędkości obrotowej oddzielacza (20000-25000 obr/min) są one siłowo odrzucane z powrotem do zbiornika z cieczą. Najmniejsze cząstki i mikrokropelki cieczy dostają się do wnętrza oddzielacza i padają na wewnętrzną ściankę oddzielacza na skutek przyspieszenia odśrodkowego, które wynosi do 12000 G. Ten trzeci i ostatni etap oddzielania powietrza od cząstek ciał stałych i cieczy doprowadza do nagromadzenia się cząstek ciał stałych wewnątrz oddzielacza. Cząstki te zatykają szczeliny w oddzielaczu, pogarszając przez to skuteczność oddzielacza, jak również całego odkurzacza. Oddzielacz przestaje być wyważony i podlega drganiom. Wspomniane gromadzenie się cząstek ciał stałych wewnątrz oddzielacza wymaga okresowego czyszczenia oddzielacza. Jest to niewygodne i potencjalnie niebezpieczne dla użytkownika, ponieważ wymaga zdemontowania oddzielacza. Podczas tego zabiegu działanie silnika powinno być uniemożliwione, ponieważ obrót mógłby spowodować zranienie użytkownika. W konsekwencji takie rozwiązanie oddzielania powietrza od cząstek ciał stałych i cieczy jest problematyczne, zwłaszcza jeśli chodzi o bezpieczeństwo użytkownika oraz o sprawne działanie.

Według patentu USA nr 5.902.386 oddzielanie rozwiązano w sposób analogiczny jak w wymienionej wyżej publikacji WO 92/03210. Ulepszenie polega na stosunku głębokości szczeliny do szerokości szczeliny w oddzielaczu i na zastosowaniu labiryntu nad oddzielaczem, który powoduje przeciwnie skierowany przepływ powietrza i wpadanie kropelek cieczy i cząstek pyłu do wnętrza turbiny zasysającej.

Podstawową i wspólną wadą oddzielaczy opisanych w publikacji WO 92/03210 i w patencie USA nr 5.902.386 jest konstrukcja oddzielacza w postaci stożkowego kosza posiadającego pionowe szczeliny w bocznej ściance oddzielacza. Boczna ścianka jest utworzona z wielu żeberek, które są przedzielone szczelinami. Dzięki dużej prędkości obrotowej oddzielacza i powstających zwiększonych sił odśrodkowych te żeberka i w konsekwencji ścianka boczna zostają odkształcone do wewnątrz. Przez odkształcenie oddzielacza otwory szczelin zostają zwiększone i oddzielacz staje się nieskuteczny. Oddzielacz staje się również nie wyważony i na skutek tego drga. Jedynym możliwym sposobem

PL 195 297 B1 uniknięcia odkształceń oddzielacza skonstruowanego w powyższy sposób jest wzmocnienie żeberek ścianki bocznej, aby zmniejszyć otwory szczelin. Ścianka boczna jest wzmocniona, ale szczeliny zostają zmniejszone. Zmniejszenie stosunku szerokości szczeliny do szerokości żeberka powoduje zmniejszenie przepuszczalności i pogorszenie sprawności oddzielacza. Szersze żeberka oznaczają również zwiększoną powierzchnię osadzania się cząstek pyłu i innych zanieczyszczeń. Oddzielacze tego rodzaju są mniej sprawne ze względu na swą konstrukcję, a ich sprawność pogarsza się jeszcze na skutek gromadzenia się cząstek pyłu i innych zanieczyszczeń. Konieczne jest okresowe oczyszczanie, jak już omówiono.

Inne rozwiązanie, oparte na całkowicie odmiennym oddzielaniu trójstopniowym opisano w patencie USA nr 5.908.493.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie odkurzacza z oddzielaczem zapewniającym wysoką wydajność oddzielania cząstek ciał stałych i porwanej cieczy od strumienia powietrza i zapobiegającym osadzaniu się cząstek pyłu i innych zanieczyszczeń na oddzielaczu.

Innym celem tego wynalazku jest proste i niezawodne zapobieganie dostawaniu się kropelek cieczy, cząstek pyłu i innych zanieczyszczeń do strefy turbiny.

Powyższe cele zostały osiągnięte przez skonstruowanie oddzielacza zgodnie z niezależnym zastrzeżeniem patentowym niniejszego wynalazku.

Oddzielacz według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma dno, na którym osadzony jest korpus z turbinowymi łopatkami oraz pierścień uszczelniający usytuowany w jego górnym końcu, a przy spodzie pokrywy oddzielacza usytuowany jest wyprofilowany element kierujący przepływem powietrza. Korpus z turbinowymi łopatkami składa się z jednego lub kilku nałożonych na siebie segmentów oddzielacza w taki sposób, że w zależności od średnicy poszczególnych segmentów oddzielacz ma kształt cylindra albo stożka, albo też ma kształt schodkowo stożkowy. Pojedynczy łopatkowy segment oddzielacza jest wykonany w postaci koła turbiny, w którym promieniowo usytuowane podpory tworzą obwód, na którym umieszczone są równomiernie i w sposób w przybliżeniu promieniowy turbinowe łopatki, posiadające część zewnętrzną nieco pochyloną w kierunku przeciwnym niż kierunek obrotu. Łopatki te w swym kształcie zbliżone są do profilu skrzydła samolotu. Korzystne jest, gdy pierścień uszczelniający również ma promieniowe podpory wraz z pierścieniową uszczelką, a spód pokrywy ma więcej niż jeden kierujący przepływem powietrza element w kształcie występu, odchylonego od obwodu w kierunku promienia.

Zasadniczą zaletą oddzielacza według wynalazku jest to, że nie podlega on odkształceniom i jest całkowicie bezpieczny w użytkowaniu. Oznacza to, że użytkownik nie musi czyścić lub inaczej obsługiwać żadnej z wirujących części. W konsekwencji oddzielacz jest niedostępny dla użytkownika.

Wynalazek w przykładzie wykonania został przedstawiony na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zespół zawierający oddzielacz, pierścień uszczelniający i turbinę, fig. 2 - wykonanie oddzielacza i pierścienia uszczelniającego, na fig. 3 - oddzielacz i pierścień uszczelniający w rozłożeniu na części w widoku perspektywicznym, fig. 4 - fragment oddzielacza w widoku z góry, fig. 5 - fragment oddzielacza w przekroju poprzecznym, fig. 6 - przekrój turbinowych łopatek w liniach przepływu powietrza, fig. 7a - pierścień uszczelniający w widoku z góry, fig. 7b - pierścień uszczelniający z częściowym przekrojem w widoku z boku, fig. 7c - pierścień uszczelniający w widoku perspektywicznym, fig. 8a jest przykładem wykonania oddzielacza w formie stożkowej, fig. 8b jest przykładem wykonania oddzielacza w formie stożkowo schodkowej, natomiast fig. 9 przedstawia pokrywę na strefę turbiny.

Odkurzacz z kąpielą cieczy działa za pomocą zespołu złożonego z oddzielacza 10, uszczelniającego pierścienia 11 oraz turbiny z silnikiem 2 i w obudowie 1. W zasadzie odkurzacz działa przez napędzanie turbiny 4, pierścienia uszczelniającego 11 i oddzielacza 10 na wale 3 za pomocą silnika 2. Montaż i działanie przedstawiono na fig. 1. Turbina 4 powoduje przepływ, który jest kierowany jako mieszanina 6, złożona z powietrza, kropelek wody i innych zanieczyszczeń, do oddzielacza 10. Dzięki dużej prędkości obrotowej oddzielacza 10 kropelki i inne zanieczyszczenia o dużej gęstości zasadniczo nie mogą dostać się do wnętrza oddzielacza 10. Powietrze o małej gęstości pod działaniem turbiny 4 wchodzi do oddzielacza 10, gdzie jest zasysane przez turbinę 4, a następnie wypychane do środowiska, jak zaznaczono strzałką 8. Kropelki i inne zanieczyszczenia, które przypadkowo dostały się do oddzielacza 10, podlegają zawirowaniu w oddzielaczu 10, a następnie są wyrzucane z oddzielacza 10 przez odwirowanie, jak zaznaczono strzałką 7. Ważne jest, że oddzielacz 10 i strefa 5 turbiny 4, są połączone w sposób napędzający przepływ powietrza, kropelek i zanieczyszczeń poprzez szczelinę 9 do strefy 5 turbiny 4. Uszczelki itp. nie są odpowiednie ze względu na tarcie i zużycie. Według niniejszego wynalazku przewidziano element 20 kierujący przepływ powietrza u spodu pokrywy 1a. Wymieniony

PL 195 297 B1 element wytwarza na skutek zawirowania powietrza ciśnienie, które jest w równowadze z ciśnieniem turbiny w strefie 5. Na wewnętrznym obwodzie pokrywa 1a ma występy 21 umożliwiające stabilne i centralne mocowanie pokrywy 1 a do obudowy 1, jak to będzie opisane szczegółowo na podstawie fig. 9.

Konstrukcję i działanie oddzielacza przedstawiono na fig. 2 i 3 oraz fig. 4, 5 i 6.

Według fig. 2 oddzielacz 10 ma dno 12, cylindryczny korpus z łopatkami 15 turbiny oraz uszczelniający pierścień 11 przy górnym końcu względem kierunku turbiny 4. Zespół zawierający oddzielacz 10 i pierścień uszczelniający 11 jest przymocowany do wału silnika 2. Kierunek obrotu zaznaczono strzałką 13.

Według fig. 3 (odpowiednim fig. 2, ale z rozłożeniem na części) oddzielacz 10 ma dno 2 zamykające ten oddzielacz 10 i umożliwiające mocowanie zespołu złożonego z oddzielacza 10 i uszczelniającego pierścienia 11 na wale 3 silnika 2. W tym przykładzie wykonania oddzielacz 10 złożony jest z czterech nałożonych na siebie segmentów, które są ustawione za pomocą ustawiających połączeń 18. W tym przykładzie wykonania ustawiające połączenia 18 mają wydrążenia w dolnej części segmentu oddzielacza 10 i występy w górnej części segmentu, jak również odpowiednio na uszczelniającym pierścieniu 11 i na pokrywie 1a.

Zgodnie z fig. 4 i 5 segment oddzielacza 10 jest wykonany jako koło turbiny z obwodem 16 na promieniowych podporach 17. Na obwodzie 16 rozmieszczone są równomiernie i w przybliżeniu promieniowo łopatki 15 turbiny z niewielkim odchyleniem części zewnętrznej w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu. Kierunek obrotu jest zaznaczony strzałką 13. Obrót oddzielacza 10 i podciśnienie wytwarzane przez turbinę 4 powodują promieniowe wchodzenie powietrza do wnętrza. Większość kropelek, pyłu i innych zanieczyszczeń jest wyrzucana ze względu na ich dużą gęstość. Kropelki, pył i inne zanieczyszczenia, które przypadkowo dostaną się do wnętrza oddzielacza 10 są dodatkowo zawirowywane przez promieniowe podpory 17 i są pomiędzy łopatkami 15 wyrzucane z oddzielacza 10. Łopatki 15 i obwód 16 mają aerodynamiczny profil zakończony krawędzią, która jest podobna do krawędzi skrzydła samolotu. Polepsza to przepływ powietrza i powstrzymuje osadzanie się zanieczyszczeń. Dotychczas znane konstrukcje w porównaniu z wynalazkiem mają duże powierzchnie w stosunku do kierunku promieniowego, co powoduje niekorzystne osadzanie się zanieczyszczeń i pogarsza przepływ powietrza. Konstrukcja według wynalazku charakteryzuje się również wytrzymałością mechaniczną, ponieważ obwód 16 jest zawieszony w kilku miejscach na promieniowych podporach 17, a łopatki 15 są zawieszone na tym obwodzie 16. Oddzielacz 10 nie podlega odkształcaniu przez siłę odśrodkową. W tym przykładzie realizacji oddzielacz złożony jest z segmentów umożliwiających stosowanie prostych narzędzi do wytłaczania. Zmiana liczby segmentów pozwala na opcjonalne wysokości i uzyskiwaną sprawność oddzielacza 10. Jest zrozumiałe, że wynalazek ten obejmuje również oddzielacz wykonany jako jedna integralna część, ewentualnie obejmująca uszczelniający pierścień 11 i dno 12.

Figura 6 przedstawia dwie łopatki w przekroju poprzecznym z komputerową symulacją linii przepływu powietrza. Dzięki obracaniu się łopatek 15 w kierunku 13 i uzyskiwanemu podciśnieniu powietrze wchodzi pomiędzy łopatki 15 i zostaje sprężone. Zanieczyszczenia są jednak odrzucane w przybliżeniu w kierunku 14.

Według fig. 7a, 7b i 7c uszczelniający pierścień 11 jest wykonany w podobny sposób jak segment oddzielacza 10. Uszczelniający pierścień 11 jest podobnie jak segment oddzielacza wyposażony w promieniowe podpory 17, pozycyjne połączenia 18 i pierścieniową uszczelkę 19. Górny obwód pierścieniowej uszczelki 19 ma kształt schodkowy, aby zmniejszyć do minimum szczelinę pomiędzy pokrywą 1a, a pierścieniową uszczelką 19 oraz pomiędzy turbiną 4 a pierścieniową uszczelką 19, jak to wynika też z fig. 1.

Według fig. 9 i zgodnie z kierunkiem 22 obrotu turbiny 4 powietrze jest również zawirowywane pod turbiną 4 w kierunku 22. U spodu pokrywy 1a przewidziane są elementy 20 kierujące przepływ powietrza w postaci występów odchylonych od obwodu w kierunku do promienia. Ponieważ powietrze pod turbiną 4 jest zawirowane, jest ono kierowane przez elementy 20 do promienia, mianowicie do szczeliny 9. W konsekwencji nad szczeliną 9 powstaje nadciśnienie. W szczelinie 9 ciśnienia zostaną zrównoważone i nie jest wytwarzany przepływ powietrza. Występy 21 na wewnętrznym obwodzie pokrywy 1a umożliwiają stabilne i centryczne mocowanie pokrywy 1a na obudowie 1, a równocześnie umożliwiają wypływanie powietrza do otoczenia, jak zaznaczono strzałkami 8 na fig. 1.

Przykład według fig. 9 przedstawia pięć linii przepływu 20. Jest zrozumiałe, że w ramach wynalazku ta liczba linii przepływu 20 jest opcjonalna, jednak większa niż 1.

PL 195 297 B1

Figury 8a i 8b przedstawiają stożkowe ukształtowania oddzielacza 10. W konsekwencji wynalazek ten obejmuje również oddzielacz 10, który nie jest cylindryczny, jak opisano w przykładzie wykonania, ale stożkowy, co oznacza, że promień oddzielacza 10 maleje w kierunku do pokrywy 1a.

Wynalazek został bliżej opisany na podstawie przykładów wykonania. Jest zrozumiałe, że wynalazek ten obejmuje wszystkie konstrukcje, w których oddzielacz ma promieniowe podpory 17 i aerodynamiczne turbinowe łopatki 15 na obwodzie, niezależnie od tego, czy oddzielacz złożony jest z oddzielnych segmentów, uszczelniającego pierścienia 11 i dna 12, czy też stanowi jedną integralną część albo dowolną inną kombinację. Zakresem wynalazku objęte są również wszystkie konstrukcje, w których uszczelnienie jest zapewnione przez pierścień uszczelniający 11 w szczelinie 9 i elementy 20 kierujące przepływ powietrza przy spodzie pokrywy 1a.

Claims (6)

1. Oddzielaczdoodkurzacza z kąpielą cieczy, będący częścią zespołu złożonego z oddzielacza i pierścienia uszczelniającego zamocowanego na wale silnika odkurzacza, znamienny tym, że oddzielacz ma dno (12), korpus z turbinowymi łopatkami (15), pierścień uszczelniający (11) usytuowany w jego górnym końcu, oraz kierujący przepływem powietrza element (20) umiejscowiony przy spodzie pokrywy (1a).

2. Oddzielacz według zasbz. 1, znamienny tym, że jego korpus z turbinowymi (15) składa się z jednego lub kilku nałożonych na siebie segmentów oddzielacza (10).

3. Oddzieeaczwedług zas^z. 1 albo 2, znamiennytym. że ma ksz^K cyllndra albo stożka, albo też ma kształt schodkowo stożkowy.

4. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że segment oddzielacza (10) jest wykonany jako koło turbiny, w którym promieniowe podpory (17) mają obwód (16), na którym umieszczone są równomiernie i w przybliżeniu promieniowo, turbinowe łopatki (15), posiadające część zewnętrzną nieco pochyloną w kierunku przeciwnym niż kierunek obrotu.

5. Oddzielaczwedług z^^sr^^. 1, znamiennytym. że jurbinowe jopatki (15) maja ksztołł zbllżony do profilu skrzydła samolotu.

6. Oddzielacz według zastrz. 1, znamienny tym, że uszczelniający pierścień (11) ma promieniowe podpory (17) i pierścieniową uszczelkę (19), a spód pokrywy (1a) ma więcej niż jeden kierujący przepływ powietrza element (20) w kształcie występu odchylonego od obwodu w kierunku promienia.