(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクロン式分離装置であって、
中心軸と大口径端と小口径端とを有したテーパー形状サイクロンと、
流体導入部と、
前記サイクロンの前記大口径端のところにおいて前記サイクロンと同軸的に配置された流体導出部と、
該流体導出部に連通して設置された接線方向導出コンジットと、
を具備してなり、
前記接線方向導出コンジットと前記サイクロンの前記小口径端との間の距離が、前記中心軸と平行な方向に測ったときに、前記接線方向導出コンジットの下流方向に向かうにつれて増大しており、
前記接線方向導出コンジットが、前記流体導出部の下流側においてその全体が螺旋経路に従っていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項２】
請求項１記載のサイクロン式分離装置において、
前記接線方向導出コンジットが、前記サイクロンボディの長さ方向軸に対して３５°〜７０°という角度でもって傾斜していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項３】
請求項２記載のサイクロン式分離装置において、
前記接線方向導出コンジットが、前記サイクロンボディの長さ方向軸に対して５０°〜６５°という角度でもって傾斜している中心軸を有していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項４】
請求項３記載のサイクロン式分離装置において、
前記中心軸が、前記サイクロンボディの長さ方向軸に対して実質的に６０°という角度でもって傾斜していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
前記流体導出部が、渦巻ファインダーとされていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のサイクロン式分離装置において、
前記流体導出部内に、中央ボディが配置されていることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項７】
請求項６記載のサイクロン式分離装置において、
前記接線方向導出コンジットが、外面が前記流体導出部によって規定されかつ内面が前記中央ボディによって規定されているような環状チャンバと連通していることを特徴とするサイクロン式分離装置。
【請求項８】
吸引掃除機であって、
請求項１〜７のいずれかに記載されたサイクロン式分離装置を具備していることを特徴とする吸引掃除機。
【請求項９】
請求項８記載の吸引掃除機において、
前記分離装置が、空気流からゴミ粒子やほこり粒子を分離するために適用されていることを特徴とする吸引掃除機。
【請求項１０】
請求項８または９記載の吸引掃除機において、
前記接線方向導出コンジットが、モータおよびファンユニットの直接的上流側位置に配置されたモータ前フィルタに対して連通していることを特徴とする吸引掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクロン式分離装置に関するものである。限定するものではないけれども、特に、吸引掃除機において使用するのに好適なサイクロン式分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
大きな遠心力を使用することによって流体から通常は気体から粒状物質を分離するようなサイクロン式分離装置は、公知である。そのような分離装置は、テーパー形状のサイクロンボディを備えている。サイクロンボディは、径の大きな方の端部に流体導入部を有しており、流体を、サイクロンボディの内面に対して接線方向に導入し得るように構成されている。サイクロンボディのうちの、径の小さい方の端部は、収集器によって囲まれている、あるいは、粒状物質取出口に接続されている。渦巻ファインダの形態とされた流体導出部は、サイクロンボディのうちの、径の大きい方の端部の中央に配置されている。使用時には、粒状物質を含有している流体が、流体導入部から、サイクロンボディの内部へと、接線方向に導入される。サイクロンボディがテーパー形状であることにより、流体は、サイクロンボディの長さ方向下側に向けて加速される。これにより、流体から粒状物質が分離され、収集器内に収集される。あるいは、場合によっては、粒状物質取出口を通して装置外へと取り出される。流体は、通常、サイクロンボディの長さ方向に沿って渦巻を形成し、サイクロンボディのうちの、径の大きな方の端部の中央に配置された渦巻ファインダーを通して装置から導出される。
【０００３】
導出される流体が渦巻ファインダーを通過する際には、流体は、高速の角速度でもって旋回している。渦巻ファインダーに接続されている導出コンジットが、渦巻ファインダーに対して一直線状である場合には（すなわち、導出コンジットが、渦巻ファインダーの中心軸に対して連続した中心軸を有している場合には）、導出流体は、導出コンジットに沿っての移動を行いつつ、旋回し続けることとなる。しかしながら、流体は、最終的には、線形流へと戻ることとなり、旋回運動に関連した流体流の運動エネルギーは、おそらく摩擦損失といったような形態で、失われることとなる。渦巻ファインダーから接線方向に導出することによって旋回導出流の運動エネルギーを回収しようとするいくつかの試みが、なされてきた。旋回流体が導出コンジット内へと直線的に入射し得るよう、導出コンジットは、渦巻ファインダーの側部に対して接線方向を向くようにして配置される。サイクロン式分離装置に関連して使用される接線方向導出コンジットの例は、
T. O'Doherty 氏、M. Biffin 氏、および、N. Syred 氏 による“The Use of
Tangential Offtakes for Energy Savings in Process Industries”（Journal of Process Mechanical Engineering, Vol. 206, Page 99ff）と題する文献に図示され説明されている。この文献において図示され説明された構成は、流体流の運動エネルギーの一部を圧力エネルギーに変換しようとするものである。しかしながら、圧力回復は、全体的には十分なものではない。これは、部分的には、サイクロン式分離装置から導出された流体流が、急激な方向変化を有した経路を流通しなければならないことによるものである。上記文献においては、接線方向導出コンジットの各々は、水平面内に配置されている。このため、流出流体の軸方向速度成分が、短い距離において、９０°ターンしなければならない。これにより、渦巻ファインダーの下流側に乱流が発生することとなり、流体からのエネルギー損失が発生する。
【０００４】
そのような分離装置の１つの応用は、内部で空気流からゴミ粒子やほこり粒子が分離されるような吸引掃除機である。そのため、汚染空気が吸引掃除機に内に吸入されたときには、空気流から、ゴミ粒子やほこり粒子が分離され、廃棄用に保持される。これと同時に、清浄化された空気が排出される。このタイプの吸引掃除機は、例えば、欧州特許出願公開明細書第０ ０４２ ７２３号、欧州特許出願公開明細書第０ ６３６ ３３８号、欧州特許出願公開明細書第０ １３４ ６５４号といったような様々な従来の公開特許文献に図示され説明されている。サイクロン式分離装置から導出される流体の運動エネルギーの大部分を回収することができれば、吸引掃除機は、高効率のものとなり、高性能のものとなる。
【０００５】
本発明の目的は、導出流体の運動エネルギーの大部分を回収できるようなサイクロン式分離装置を提供することである。本発明の他の目的は、吸引掃除機内に組み込まれたときに吸引掃除機を高効率および／または高性能とし得るようなサイクロン式分離装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サイクロン式分離装置であって、中心軸と大口径端と小口径端とを有したテーパー形状サイクロンと、流体導入部と、サイクロンの大口径端のところにおいてサイクロンと同軸的に配置された流体導出部と、流体導出部に連通して設置された接線方向導出コンジットと、を具備してなり、接線方向導出コンジットとサイクロンの小口径端との間の距離が、中心軸と平行な方向に測ったときに、接線方向導出コンジットの下流方向に向かうにつれて増大するようなサイクロン式分離装置を提供するものである。好ましくは、接線方向導出コンジットは、流体導出部の下流側において実質的に螺旋経路に従うものとされる。このような構成により、分離装置から導出される流体は、所望の角度でもって徐々にターンすることができ、急激な方向変化を受けることがない。これにより、方向変化に起因して流体流に誘起される乱流の程度が、減少され、そのため、摩擦によるエネルギー損失が減少する。
【０００７】
接線方向導出コンジットは、好ましくは、サイクロンボディの長さ方向軸に対して３５°〜７０°という角度でもって傾斜する望ましくは６０°という角度でもって傾斜する中心軸を有している。この構成により、導出流体が接線方向導出コンジットを通過する際の分断の発生確率を増大させることなく、導出流体を所望の角度でターンさせることができる。また、旋回流体の運動エネルギーを、圧力エネルギーとして回収することができ、流体から粒子を分離するためのシステムを高効率化することができる。
【０００８】
好ましい実施形態においては、渦巻ファインダーから構成されている流体導出部内に、中央ボディが配置される。接線方向導出コンジットは、外面が流体導出部によって規定されかつ内面が中央ボディによって規定されているような環状チャンバと連通する。中央ボディの周囲に環状チャンバを設けた構成により、すべての導出空気が接線方向導出コンジットに方向合わせされることが確保される。これにより、接線方向導出コンジットへの導入部分において発生する乱流量を、最少に維持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、例示の目的でのみ、添付図面を参照しつつ本発明のいくつかの実施形態について説明する。
【００１０】
本発明によるサイクロン式分離装置は、吸引掃除機に組み込むことによって、良好な効果をもたらすことができる。本発明によるサイクロン式分離装置を組み込んだ吸引掃除機は、図１および図２に示されている。吸引掃除機（１０）は、シャシー（１２）を具備している。シャシー（１２）は、モータおよびファンユニット（１４）と、サイクロン式分離装置（５０）と、を支持している。複数の支持ホイール（１６）が、シャシー（１２）の後部に取り付けられている。１つのキャスターホイール（１８）が、シャシー（１２）の前部においてシャシーの下側に取り付けられている。このような構成により、掃除機（１０）を、掃除すべき表面全体にわたって操作することができる。モータおよびファンユニット（１４）は、実質的に両ホイール（１６）間に配置されており、これにより、掃除機（１０）の操作性が著しく高められている。
【００１１】
サイクロン式分離装置（５０）は、モータおよびファンユニット（１４）によって掃除機（１０）内に吸引された空気流からゴミ粒子およびほこり粒子を分離し得るように、構成されている。汚染空気流を掃除機内に吸引し得るよう、フロアツールが装着されているホース（図示せず）が、サイクロン式分離装置（５０）の空気導入部（２０）に対して連結されている。汚染空気は、サイクロン式分離装置（５０）内に導入され、サイクロン式分離装置（５０）を公知態様で駆動することによって、空気流から、まず最初に大きなゴミや綿埃が除去され、その後細かなゴミ粒子やほこり粒子が除去される。ゴミやほこりが除去された空気流は、サイクロン式分離装置（５０）から導出され、導出コンジット（２２）を通して、モータおよびファンユニット（１４）へと送出される。空気流は、ファンを通過して、モータの周囲を流通する。これにより、公知のように、冷却効果が得られる。ハウジング（２４，２６）内に、モータ前フィルタ（図示せず）およびモータ後フィルタ（図示せず）を設けることができる。これにより、モータを保護することができるとともに、モータブラシから放散される粒子が周囲空気中に分散してしまうことを防止することができる。清浄空気出口（２８）を通して、周囲空気中へと、清浄な空気が排出される。
【００１２】
シャシー（１２）に対して、カバー（３０）が、ヒンジ（３２）回りに揺動移動可能に取り付けられている。これにより、モータ前フィルタハウジング（２４）に対してアクセスすることができ、モータ前フィルタを、定期的に交換することができる。カバー（３０）は、サイクロン式分離装置の取外しを可能とする。このため、必要に応じて、中を空とするという目的のために、サイクロン式分離装置をシャシー（１２）から取り外すことができる。カバー（３０）は、導出コンジット（２２）と携行ハンドル（３４）とを備えている。
【００１３】
吸引掃除機（１０）の基本構成と動作について説明してきた。次に、図３を参照して、サイクロン式分離装置（５０）について詳細に説明する。分離装置自体が、すなわちサイクロン構成が、公知なものであることは、理解されるであろう。その詳細については、特に、欧州特許明細書第０ １３４ ６５４号を参照することができる。本質的に、サイクロン式分離装置（５０）は、外側サイクロン（５２）と内側サイクロン（５４）とを備えている。外側サイクロンは、側壁（５６ａ）とベース（５６ｂ）と接線方向導入口（５８）とを有してなる全体的に円筒形の容器すなわちビン（５６）を備えている。内側サイクロン（５４）は、分離装置（５０）の上壁（６２）から垂下された円錐台形状のサイクロンボディ（６０）を備えている。内側サイクロン（５４）は、下端部に位置した円錐開口（６４）と、接線方向導入口（６６）と、を有している。外側サイクロン（５２）の側壁（５６ａ）と内側サイクロンボディ（６０）との間には、実質的に円筒形形状とされた囲い板（シュラウド）（６８）が設置されている。囲い板（６８）は、囲い板（６８）の円筒形バンド（６８ａ）内に多数の穴（７０）を有している。囲い板（６８）は、囲い板（６８）と外側サイクロン（５２）の上部との間に延在するフランジ（６８ａ）を介して支持されている。囲い板（６８）は、囲い板（６８）の下端部において、サイクロンボディ（６０）の外表面に対してシールされている。囲い板（６８）の内部の上部は、接線方向導入口（６６）と連通している。囲い板（６８）の下方には、微粒ダスト収集器（７２）が、円錐開口（６４）を囲むようにして配置されている。微粒ダスト収集器（７２）は、容器（５６）のベース（５６ｂ）に対してもまたサイクロンボディ（６０）に対しても、シールされている。上面（６２）の中央には、円筒形渦巻ファインダー（７４）が配置されている。渦巻ファインダー（７４）は、円錐台形状のサイクロンボディ（６０）の中心軸に沿って内側サイクロン（５４）の内部へと進入するようにして、配置されている。
【００１４】
使用時には、従来技術から理解されるように、汚染空気は、接線方向導入口（５８）を通して、サイクロン式分離装置（５０）内に導入される。接線方向導入口（５８）が接線方向に延在していることにより、流入空気は、容器（５６）の内面回りに旋回運動するような螺旋軌道に従うこととなる。そのため、大きなゴミ粒子や綿埃が、空気流から分離されて、容器（５６）の下部領域内において微粒ダスト収集器（７２）の上面上に収集される。空気流は、微粒ダスト収集器（７２）の上部に向けて内方へと移動し、その後、旋回しながら囲い板（６８）の上面に向けて上昇する。空気流は、それから、囲い板（６８）の穴（７０）を通って移動し、接線方向導入口（６６）を通って内側サイクロン（５４）の内部へと導入される。接線方向導入口（６６）が接線方向を向いていることにより、空気流は、サイクロンボディ（６０）内の螺旋軌道に従うこととなる。サイクロンボディ（６０）が円錐台形状であることにより、空気流がサイクロンボディ（６０）内を下方移動するにつれて、空気流の速度が増大することとなる。空気流の速度が高速となったことにより、ゴミやほこりの非常に小さい粒子を、空気流から分離することができ、微粒子収集器（７２）内に収集することができる。その後、清浄となった空気が、実質的にサイクロンボディ（６０）の長さ方向軸に沿った渦巻を形成し、渦巻ファインダー（７４）を通って内側サイクロン（５４）から導出される。
【００１５】
上述のように、このような分離装置の構成および動作は、周知のものであり、これ以上の詳細を、さらに説明する必要はない。本発明のポイントは、渦巻ファインダー（７４）と、この渦巻ファインダー（７４）の直後の下流側に配置された導出コンジット（２２）と、に含有されている。したがって、本発明は、内部で渦巻が形成されるとともに渦巻ファインダーを通して装置から空気が導出されるようになっている円錐台形状のサイクロンボディを具備しているような任意のサイクロン式分離装置に対して適用することができる。
【００１６】
図３に示すように、渦巻ファインダー（７４）は、円筒形のものであって、傾斜支持壁（６２ａ）を介して上面（６２）から内側サイクロン（５４）内へと垂下されている。渦巻ファインダー（７４）は、また、支持壁（６２ａ）から上向きに突出している。このため、渦巻ファインダー（７４）は、上面（６２）と同じ高さの面内において終端している。ただし、このことは重要なことではない。渦巻ファインダー（７４）の中心軸に沿って、全体的に円柱形ではあるものの上端から下端にかけてわずかにテーパー形状とすることのできる中央ボディ（７６）が配置されている。中央ボディ（７６）は、半球状の先端部（７６ａ）を有している。半球状先端部は、渦巻ファインダー（７４）の下端を超えることなく渦巻ファインダー（７４）内において終端している。このことも、それほど重要なことではない。渦巻ファインダー（７４）は、渦巻ファインダー（７４）の直上に位置しておりかつ接線方向導出コンジット（２２）の上流側端部のところに位置しているチャンバ（７８）と連通している。チャンバ（７８）は、全体的に螺旋形とされた円弧状外壁（８０）を有している。このため、チャンバ（７８）は、渦形をなすようにして、接線方向導出コンジット（２２）に対して連通している。
【００１７】
中央ボディ（７６）には、チャンバ（７８）の上端内面に対して適合し得るようなかつチャンバ（７８）の屋根に対して当接し得るような支持部（８４）が、一体的に形成されている。支持部（８４）は、チャンバ（７８）の上部境界を規定しており、さらに、中央ボディ（７６）の支持をもたらしている。支持部（８４）の下面（８６）の形状は、全体的に螺旋形であって、ほぼ一定の横断面積を有した渦形を形成している。支持部の底面は、接線方向導出コンジット（２２）に隣接している。接線方向導出コンジット（２２）は、チャンバ（７８）に対して、渦形を形成するようにして連通しており、空気流の流通方向において、円錐開口（６４）からの距離が増大するような経路に従っている。接線方向導出コンジット（２２）は、図２に示すように、平面視においてわずかに円弧状とされている。所定距離の経過後には、接線方向導出コンジット（２２）は、円錐開口（６４）からの距離の増大化を停止し、モータ前フィルタのハウジング（２４）に向けて延在する。接線方向導出コンジット（２２）は、導入口（８８）のところにおいてハウジング（２４）内に開口している。
【００１８】
図１および図２に示す吸引掃除機（１０）において使用するのに好適な螺旋形導出コンジット（１２２）が、図４および図５に、個別的に図示されている。また、構成部材の一部をなすチャンバ（１７８）と中央ボディ（１７６）とが、図示されている。中央ボディ（１７６）は、使用時には図３の渦巻ファインダー（７４）の軸と同軸とされる軸（２００）に沿って突出している。円筒形ネック部（１９０）が、中央ボディ（１７６）を囲んでおり、円筒形ネック部（１９０）には、シール（１９２）が設けられている。シール（１９２）は、使用時には、渦巻ファインダー（７４）の上部リップに当接して、渦巻ファインダーとの間のシールをもたらす。円筒形ネック部（１９０）は、チャンバ（１７８）内に開口しており、図５に示すように、螺旋形状とされている。これにより、接線方向導出コンジット（１２２）は、渦形を形成するようにして。チャンバ（１７８）と連通することができる。接線方向導出コンジット（１２２）は、中央ボディの軸（２００）に対して鋭角を形成しつつ、チャンバ（１７８）から離れていく。接線方向導出コンジット（１２２）は、中心軸（２０２）を有しており、この中心軸（２０２）が、３５°〜７０°の範囲とすることができ理想的には約６０°とされる角度でもって、軸（２００）に対して交差している。接線方向導出コンジット（１２２）と中央ボディ（１７６）の半球形部（１７６ａ）との間の距離（軸（２００）と平行な方向に測ったときの距離）は、接線方向導出コンジット（１２２）に沿った距離とともに増加する。接線方向導出コンジット（１２２）が円弧形状であることは、図５に明瞭に示されている。接線方向導出コンジット（１２２）の先端部（１２２ａ）は、モータ前フィルタのハウジング（２４）（図１参照）に対して直接的に連結し得るような形状に構成されている。必要であれば、接線方向導出コンジット（１２２）の先端（１２２ａ）の開口周縁部に、シール部材を設けることができる。
【００１９】
図３に示すようなサイクロン式分離装置（５０）から渦巻ファインダー（７４）を通して流体が導出されるときには、流体は、大きな角速度でもって旋回することとなる。流体流がチャンバ（７８）に流入したときには、角速度は、大きなままである。しかしながら、接線方向導出コンジット（２２）とチャンバ（７８）との間の渦形状の連結のために、旋回流は、導出コンジット（２２）に対して、接線方向的に流入することができ、導出コンジット（２２）に沿って直線流として流通することができる。支持部（８４）の下面（８６）が螺旋形状であることにより、旋回流が、接線方向導出コンジット（２２）の開口端内へと案内される。さらに、接線方向導出コンジット（２２）が渦巻ファインダー（７４）の軸に対して傾斜しておりこのため下流方向において円錐開口（６４）からの距離を増大させていることにより、流体流は、急激な９０°ターンを受けることがない。このことは、９０°ターンの場合に誘起されるような乱流が、減少することを意味している。接線方向導出コンジット（２２）が螺旋形であることにより、分離装置から導出される流体のための円滑な経路がもたらされる。そのため、旋回流の運動エネルギーの可能な限りの大部分が、圧力エネルギーとして回収される。このエネルギー回収は、装置全体の効率を向上させる。
【００２０】
螺旋状または傾斜状の接線方向導出コンジットを、流体の導出のために渦巻ファインダーが設置されているようなサイクロン内において分離を行うすべての状況において適用可能であることは、明らかであろう。吸引掃除機に対しての応用について上述したけれども、本発明は、そのような応用に限定されるものとして理解されるべきものではない。例えばディーゼル排気システムや空調システムといったような、流体から粒子を分離するための他のタイプの分離システムまたは濾過システムに対しての応用も、想定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるサイクロン式分離装置が組み込まれている吸引掃除機を示す側面図である。
【図２】  矢印Ａ方向から見たときの、図１の吸引掃除機を示す図である。
【図３】  図１の吸引掃除機のうちの、サイクロン式分離装置を含む一部を、部分的に破断して示す図である。
【図４】  本発明によるサイクロン式分離装置の一部をなす接線方向導出コンジットと中央ボディとを示す側面図である。
【図５】  図４における接線方向導出コンジットと中央ボディとを示す平面図である。
【符号の説明】
１０  吸引掃除機
１４  モータおよびファンユニット
２２  接線方向導出コンジット
５０  サイクロン式分離装置
６０  サイクロンボディ（テーパー形状サイクロン）
６４  円錐開口（小口径端）
６６  接線方向導入口（流体導入部）
７４  渦巻ファインダー（流体導出部）
７６  中央ボディ
７８  チャンバ（環状チャンバ）
１２２  螺旋形導出コンジット
１７６  中央ボディ
１７８  チャンバ（環状チャンバ）
【図１】
0004727042.tif 000002
【図２】
0004727042.tif 000003
【図３】
0004727042.tif 000004
【図４】
0004727042.tif 000005
【図５】
0004727042.tif 000006