(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクロン本体と、サイクロン本体に連結されて空気及び異物質が吸入される空気吸入流路と、サイクロン本体内部に吸い込まれた空気が排出される空気排出流路と、サイクロン本体内で空気から分離された各種異物質が排出される異物質排出孔と、サイクロン本体内部に配置された空気排出流路の位置と反対側に配置され、空気排出流路に向かって拡張されるように延びるスカート形状を有する空気流動案内部と、空気流動案内部の内側に設けられ、互いに交差する複数のクロスブレードにより形成され、空気旋回力を喪失させて層流化する層流化手段とを有し、
空気流動案内部および層流化手段は、サイクロン本体内に配置され、
サイクロン本体内の空気流動案内部および層流化手段により空気から分離された各種異物質は、異物質排出孔に排出されることを特徴とするサイクロン集塵装置の圧力損失低減装置。
【請求項２】
空気流動案内部とサイクロン本体の内壁面の間の所定高さ位置に突出する支持部を更に有することを特徴とする請求項１に記載のサイクロン集塵装置の圧力損失低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、サイクロン動作によって塵のような各種異物質を集塵できるようにしたサイクロン集塵装置に係り、特に、サイクロン集塵装置の内部から発生する乱流強度を抑制するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、真空掃除機は、吸入力を用いて室内空気を吸入した後吸入される空気内の各種異物質を分離して集塵する機器である。
【０００３】
かかるサイクロン集塵装置は、多様な形態があるが、そのうち空気の流入側と空気の流出側が順方向に成されながら空気と塵とを分離するタイプと、空気の流入側と空気の流出側が逆方向(或いは接線方向)に成されながら空気と塵とを分離するタイプに区分できる。
【０００４】
アメリカ特許第3870486号、第4853008号、第4373228号、第4643738号、第4593429号、第5080697号、第5135552号、第5160356号などは空気流動が逆方向に成される真空掃除機のサイクロン装置を開示している。
【０００５】
また、アメリカ特許第5350432号では空気流動が順方向に成される真空掃除機のサイクロン装置を開示している。
【０００６】
図１ないし図３は、サイクロン集塵装置のうち空気の吸入流動と排出流動が互いに逆方向を成されながら異物質の集塵を行うサイクロン集塵装置を開示している。
【０００７】
即ち、一般サイクロン集塵装置は、コン形状のサイクロン本体１０と、室内空気及び各種異物質の吸入が成される空気吸入流路１１と、空気が排出される空気排出流路１２と、空気から分離された各種異物質が集塵される集塵筒１３とを有する。前記空気吸入流路１１はサイクロン本体１０の周辺にその接線方向に沿って延長されるように形成される。空気排出流路１２はその一端が前記サイクロン本体１０の上端を貫通してサイクロン本体１０の内部に位置される。集塵筒１３はサイクロン本体１０の底部に位置されて異物質排出孔１０ａによってサイクロン本体１０の内部に連通される。
【０００８】
従って、サイクロン本体１０の内部に吸入力が発生されると各種塵を含んでいる空気が空気吸入流路１１を介して流れ込まれる。この時、空気吸入流路１１はサイクロン本体１０の外側周辺から接線方向に延長形成されていることでサイクロン本体１０内に流れ込まれる空気は遠心力が適用される。
【０００９】
サイクロン本体１０内への瞬間的に流れ込まれる空気及び各種異物質はサイクロン本体１０の内壁面に沿って旋回することで遠心力が発生される。これによって、質量を有する各種異物質は質量が殆ど無視される空気から分離されてサイクロン本体１０の内壁面に沿って流動され、その自重によって下降して、遂には異物質の吐き出し孔１０ａを介して集塵筒１３内に集塵される。
【００１０】
即ち、下記式（１）の関係によって質量がほぼ０に近い空気は遠心力を殆ど発していないが、質量のある塵は遠心力の影響を受けて前記サイクロン本体１０の内壁を旋回することになる。
【００１１】
Ｆ＝ｍｅω２                                （１）
ここで、Ｆ＝遠心力、ｍ：質量  、ｅ：サイクロン本体の中心からサイクロン本体の内壁までの距離、ω：各加速度
また、前記作用によって塵などの各種異物質が除去された空気はサイクロン本体１０の中央に沿って上昇する排出気流に影響されて空気排出流路１２を介して外部へ吐き出される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようにサイクロン本体１０内に吸入されて下降する空気は、サイクロン本体１０の底部から上昇する排出気流と干渉が成されて図に示しているＡ部位のような乱流領域を発生させることになる。前記干渉は排出気流の旋回力によることで、空気排出流路１２の断面積がサイクロン本体１０の断面積より小さく形成されているからである。
【００１３】
前記乱流流動は、サイクロン集塵装置の動作時全体的な騒音を増加させ、圧力損失を発生させて塵の集塵効率を低下させるという問題を起こしていた。
【００１４】
即ち、サイクロン本体１０内の底部及び集塵筒１３内で流動する塵が空気排出流路１２を介して排出される排出気流に影響されて全体的な集塵効率の低下を起こすことになる。特に、サイクロン本体１０内の異物質排出孔１０ａが位置されたサイクロン本体１０の底部側には未だ排出されない各種異物質が継続的に旋回しているので更にその排出気流に交われる。
【００１５】
また、前記のように排出される微細塵は吸入力の発生のための各種構成品特に、ファンモーターなどで流出されてその損傷を起こす原因となっている。
【００１６】
従って、従来には前記サイクロン集塵装置を真空掃除機に適用させようとする時必ず真空掃除機の本体内部に別のフィルターを付加的に設置すべきという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、サイクロン本体１０内に吸入された空気排出流路を介して排出される過程から発生する乱流流動を層流化させるサイクロン集塵装置の圧力損失低減装置を提供することを目的としている。
【００１８】
また、本発明は、割りと大きい異物質のみならず微細塵のような異物質であっても排出される空気に影響される現象を防止できるサイクロン集塵装置の圧力損失低減装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のサイクロン集塵装置の圧力損失低減装置は、サイクロン本体と、サイクロン本体に連結されて空気及び異物質が吸入される空気吸入流路と、サイクロン本体内部に吸入された空気が排出される空気排出流路と、サイクロン本体内で空気から分離された各種異物質が排出される異物質排出孔とを有し、空気排出流路を成す軸線上に層流化手段を更に備えて空気排出流路を介して排出される空気が層流化手段によってその旋回力を失うようにすることで空気排出流路の内部及び空気流入側における空気流動が層流化されるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図４は本発明による層流化手段を逆方向サイクロン集塵装置に適用した第１実施形態を示した縦断面図であり、図５は図４のＢ部をより具体的に示した要部斜視図である。
【００２２】
本発明の第１実施形態によるサイクロン集塵装置の圧力損失低減装置は、サイクロン本体１００の内部に位置された空気排出流路１２０の軸線上に層流化手段を介在させ、層流化手段が二つの平板形の翼片１４１を互いに交差してクロス形に形成したクロスブレード１４０からなる。クロスブレードは三つ以上の平板形翼片を相互交差して構成したクロスブレードから形成しても構わない。
【００２３】
また、前記のようなクロスブレード１４０はサイクロン本体１００で乱流の成分が強く発生される空気排出流路１２０の空気流入側に延長して取り付けられることを共に提示している。この時、空気排出流路１２０の空気排出はクロスブレード１４０の取り付け地点を除外した他の隙間１２１を介して成される。
【００２４】
従って、吸入力が発生されると室内の空気及び各種異物質が空気吸入流路１１０を介してサイクロン本体１００内に吸入され、この過程から前記空気及び異物質はサイクロン本体１００の内壁面に沿って遠心回転することになる。また、殆ど重さのない空気は、次第にサイクロン本体１００の下部中心部分に集められて排出気流を形成した後空気排出流路１２０を介して排出される。空気より重い異物質はその自重によってサイクロン本体１００の内側辺に沿って継続遠心回転しながら下向き移動しつつ異物質排出孔１００ａを通過して集塵筒１３０内に集塵される。このような過程において割りと軽い微細塵は余り遠心力が適用されないため排出気流に乗せられる。
【００２５】
しかしながら、空気排出流路１２０の先端にクロスブレード１４０が延長されていることによって排出気流が有している所定の旋回力はクロスブレード１４０の各翼片１４１にぶつかって喪失されることで層流化が成される。また、排出される空気中の微細塵はクロスブレード１４０の各翼片１４１にぶつかってサイクロン本体１００の内壁面に弾かれ、これと共に前記微細塵は前記サイクロン本体１００の内壁面に沿って回転する各種異物質に載せられた状態で集塵筒１３０内に排出される。
【００２６】
これによって、空気排出流路１２０を介して排出される排出気流の流動は円滑に成され、排出気流の内部に微細塵の偏りが防止されて純粋な空気だけがサイクロン本体１００の外部に排出されることができる。
【００２７】
また、空気排出流路１２０の入口端部位で主に発生していた乱流発生が格段に低減され、空気の排出が円滑になることで流動騒音が大きく低減されるのみならず排出空気の圧力損失やはり大きく低減できる効果を奏する。
【００２８】
なお、前記のような作用を行うクロスブレード１４０は前記第１実施形態だけに形成されるものではない。即ち、図６ａ、図６ｂ、図６ｃに示した形状のようにその側面から見て全体的に矩形、三角形、楕円形など多様な形状でもよい。
【００２９】
図７は本発明の第１実施形態による層流化手段が順方向サイクロン集塵装置に適用された事例を示している本発明の第２実施形態による構造を示している。順方向サイクロン集塵装置とは、空気吸入流路２１０を介して吸入される空気の流動方向と空気排出流路２２０を介して排出される空気の排出方向が互いに同一な方向を向かうように構成されたサイクロン集塵装置をいう。
【００３０】
このようなサイクロン集塵装置において本発明の層流化手段を必要とする理由は前記順方向サイクロン集塵装置の特性上空気吸入流路２１０が位置している側のサイクロン本体２００の内部に旋回力印加手段２５０が備えられているからである。
【００３１】
即ち、旋回力印加手段２５０を通過して排出される排出気流が相当な旋回力を有しているのでサイクロン本体２００の内部を流動する微細塵が前記のような排出気流から更に活発に影響されるという問題がある。
【００３２】
本発明の第２実施形態では前記問題を解決できるように順方向サイクロン集塵装置の空気排出流路２２０の先端にクロスブレード２４０を取り付けている。
【００３３】
従って、旋回力を有している状態で空気排出流路２２０を介して排出される排出気流はクロースブレド２４０の各翼片２４１にぶつかることによってその旋回力が相殺されて層流化となることになる。これによって、純粋空気だけで成される排出気流の排出が可能となり、乱流発生による圧損及び流動騒音を大きく低減できる。
【００３４】
また、図８は本発明の第１実施形態による層流化手段即ち、クロスブレードが両方向サイクロン集塵装置に適用された事例を示す本発明の第３実施形態による構造を示している。両方向サイクロン集塵装置とは、サイクロン本体３００の中央側周りに空気吸入流路の吐き出し口３１０が位置され、サイクロン本体３００の両側に空気排出流路３２０が各々装着され、各々の空気排出流路３２０が位置されているサイクロン本体３００の両側周辺には集塵筒３３０が取り付けられているサイクロン集塵装置を称する。
【００３５】
即ち、両方向サイクロン集塵装置は、サイクロン本体３００の中央側を介して室内の空気及び各種異物質の吸入が成された後サイクロン本体３００の両側部を介して空気だけが排出されるように構成されたものである。
【００３６】
本発明による第３実施形態では層流化手段即ち、クロスブレード３４０を両方向サイクロン集塵装置の各空気排出流路３２０の両先端に各々取り付けられている構成を提示している。
【００３７】
かかる本発明の第３実施形態による構成によって成される作用を下記に説明する。
【００３８】
まず、サイクロン本体３００内部に吸入力が発生されると各種異物質を含んでいる空気は空気吸入流路３１０を介してサイクロン本体３００内部に吸入される。
【００３９】
また、このように吸入された空気及び各種異物質はサイクロン本体３００の両側に位置された各空気排出流路３２０を介して排出される過程から遠心力による分離がなされる。
【００４０】
即ち、所定の質量を有する各種異物質はサイクロン本体３００の内壁面に沿って旋回しながら各異物質孔３００ａを介して集塵筒３３０に排出され、質量が殆ど無視される空気だけが各空気排出流路３２０を介してサイクロン本体３００外部に排出される。各空気排出流路３２０を介して排出される空気は最初サイクロン本体３００内部に流れ込まれる過程のうち、発生される旋回力を一部含んでいる。これによってサイクロン本体３００の内壁面に沿って旋回する各種異物質が所定の旋回力を有する排出気流に一部乗せられる。従って、排出気流に含まれている微細塵やはり空気と共に各空気排出流路３２０を介して排出しようとする。
【００４１】
しかしながら、各空気排出流路３２０の空気流れ込み側には本発明による層流化手段即ち、クロスブレード３４０が取り付けられていることによって排出気流を含んだ旋回力はクロスブレード３４０にぶつかって相殺される。また、前記過程において排出気流に乗せられた微細塵はクロスブレード３４０にぶつかる過程で離れてサイクロン本体３００の内壁面に沿って旋回する異物質の流動に載せられる。
【００４２】
従って、純粋な空気だけがサイクロン本体３００の両側に位置された各空気排出流路３２０を介してサイクロン本体３００の外部に排出される。また、各空気排出流路３２０の空気流入側から排出される空気は層流化されてその円滑な排出が成されることによって乱流発生による圧損及び流動騒音を大きく低減させることができる。
【００４３】
図９ないし図１１は本発明による層流化手段の他の形態を示した本発明の第４実施形態の構造を示している。
【００４４】
即ち、本発明の第４実施形態による層流化手段は、その一端が閉鎖され、周辺は所定間隔を有する多数の翼片４４１になされた状態で全体的に円筒形のブレード４４０とからなっている。
【００４５】
更に具体的には一側に円板形の第１翼支持部４４２が備えられており、他は中央に通孔が形成された第２翼支持部４４３が備えられて互いに対向され各翼支持部４４２、４４３の内側面の周辺に沿って多数の翼片４４１が一定した角度で傾斜を成している。円筒形ブレード４４０を構成する各翼片４４１はサイクロン本体４００内で回転する各種異物質などの回転方向と同一な方向に向かって所定角度斜めに形成する。
【００４６】
このような構成は、排出される空気の層流化を誘導できるようにするとともに排出気流に載せられる各種微細塵の排出を最大限防止できるようにするためである。
【００４７】
即ち、サイクロン本体４００の底部から上昇しながら空気排出流路４２０へ排出される排出気流には所定の旋回力が存在しており、排出気流には一部の微細塵が乗せられていることによってその排出過程のうち円筒形ブレード４４０にぶつかることになる。
【００４８】
この時、円筒形ブレード４４０を構成する各翼片４４１は排出気流の旋回方向と同一方向に向かって所定角度斜めになっているので排出気流に乗せられている微細塵は各翼片４４１にぶつかってサイクロン本体４００の内壁に弾かれることになる。
【００４９】
反面、空気は前記円筒形ブレード４４０は周辺に沿って旋回する途中円筒形ブレードの各翼片４４１の間に隙間を介して円筒形ブレード４４０の内部空間に流れ込まれるとともに円筒形ブレード４４０の内部空間と連通された空気排出流路４２０を介してサイクロン本体４００の外部に排出される。
【００５０】
この時、排出される空気は円筒形ブレード４４０の内部空間に流れ込まれる過程でその旋回力を失い層流化されることによって圧力損失及び騒音が低減された状態で円滑に排出できることは明らかである。
【００５１】
図１２は本発明の第４実施形態と同一な構成の円筒形ブレード４４０を順方向サイクロン集塵装置に適用した状態を示し、図１３は本発明の第４実施形態の同様の構成の円筒形ブレード４４０を両方向のサイクロンに適用した状態を示している。なお、本発明による層流化手段は前記実施形態だけに限られるものではない。
【００５２】
即ち、図１４及び図１５のように層流化手段をメッシュ形円筒本体５４０から構成でき、周辺に沿って多数の通孔６４１が形成された打孔管６４０から構成できる。
【００５３】
図１６及び図１７は本発明の第５実施形態を示している。本発明の第５実施形態では層流化手段のクロスブレード７４０をサイクロン本体７００内の各部分のうち空気排出流路７２０と反対側面に位置させた構成を示している。
【００５４】
このような構成はサイクロン本体７００の内部を流動している空気が排出気流に乗せられるとき排出気流が含んでいる旋回力を未然に除去するための構成である。また、クロスブレード７４０はその長さが空気排出流路７２０とクロスブレード７４０との間の距離Ｌに対してほぼ０．４〜０．６倍の大きさで形成したものを共に提示している。
【００５５】
これはサイクロン本体７００内に吸入された空気が排出気流に乗せられる位置にクロスブレード７４０が位置されるようにすることで排出気流の層流化を更に円滑に導いて圧力損失を防止できる。クロスブレード７４０の長さが空気排出流路７２０とクロスブレード７４０との間の距離Ｌに比べて０．４倍以下の場合、その効果は僅かであり、０．６倍以上の場合空気が排出気流に乗せられ難くなるので前記範囲内にその範囲が限られるべきである。
【００５６】
望ましくはクロスブレード７４０の長さを空気排出流路７２０とクロスブレード７４０との間に距離Ｌに対してほぼ０．５倍の大きさで形成する。
【００５７】
これに対する実験値はサイクロン作用によって塵を集塵するもののクロスブレード７４０を有していない従来技術とクロスブレード７４０を有している本発明の圧力損失を各々比較して下記の表１に示す。
【００５８】
【表１】
0004454867.tif 000002
この本発明に対する測定値において０．２５Ｌ、０．５Ｌ、０．７５Ｌということは長さが空気排出流路７２０とクロスブレード７４０との間距離Ｌに対して０．２５倍、０．５倍、０．７５倍の大きさで形成されたクロスブレード７４０の適用状態を示している。
【００５９】
また、この時の風向はほぼ１．２ＣＭＭ(Cubic Meter Per Minute)に各測定対象に同一に作用させている。
【００６０】
つまり、前記表１から分かるように、本発明のようにクロスブレード７４０を適用した状態が一番圧力損失が小さい。
【００６１】
図１８及び図１９は本発明の第６実施形態による構造を示している。本発明の第６実施形態ではサイクロン本体８００内の各部分のうち空気排出流路８２０が位置されている側の反対側に前記空気排出流路８２０に向かって拡張されるスカート形状の空気流動案内部８６０を一体化し、該空気流動案内部８６０の内側面上にはクロースブレード８４０を装着した構成を示している。空気流動案内部８６０とサイクロン本体８００の内壁面の間には支持部８７０を突出成形することによって相互間が所定の間隔を有するようにする。
【００６２】
このような構成は空気流動案内部８６０によって排出気流の形成が円滑になされるようにし、サイクロン本体８００内でまだ排出されず旋回している各種異物質中の微細塵が排出気流に乗せられることを防止するための構成である。
【００６３】
これは空気流動案内部８６０が空気排出流路８２０側に行くほど次第に拡張されるように形成されており、各種異物質が旋回している位置が空気流動案内部８６０によって排出気流が形成される位置と所定間隔離れるように構成されているので排出気流の円滑な形成及び排出気流の異物質が交われることを防止できる。
【００６４】
また、僅かであるが塵の一部が排出気流に交わっても空気流動案内部８６０の内側面に取り付けられたクロスブレード８４０によって外部へ離れることになる。
【００６５】
また、前記のように微細塵が含まず排出される空気は前記クロスブレード８４０によって層流化されて圧力損失の低減がなされることになる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はサイクロン集塵装置を構成するサイクロン本体内の圧力損失低減のための層流化手段を取り付けることで次の効果がある。
【００６７】
第一、排出される空気の乱流化が防止されその円滑な排出が可能となる。これによって排出気流の圧力損失を低減できるのみならず圧力損失による騒音も低減できる。
【００６８】
第二、排出される空気内への各種微細塵が混入されることが防止され集塵効率が向上される効果がある。これによって排出される空気は純粋な空気であることから構成を真空掃除機に適用する場合別のフィルターを取り付ける必要がない。
【００６９】
第三、本発明はサイクロン本体内部に空気流動案内部を追加で形成することで排出気流への異物質が交わることを更に防止できる。
【００７０】
従って、本発明は産業上非常に有用に用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的な逆方向サイクロン集塵装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】  図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】  図１のII−II線に沿った断面図である。
【図４】  本発明による層流化手段を逆方向サイクロン集塵装置に適用した第１実施形態を示す縦断面図である。
【図５】  図４のＢ部の拡大斜視図である。
【図６Ａ】  本発明の第１実施形態によるクロスブレードを示す斜視図である。
【図６Ｂ】  本発明の第２実施形態によるクロスブレードを示す斜視図である。
【図６Ｃ】  本発明の第３実施形態によるクロスブレードを示す斜視図である。
【図７】  本発明の第１実施形態による層流化手段を順方向サイクロン集塵装置に適用した第２実施形態を示す縦断面図である。
【図８】  本発明の第１実施形態による層流化手段を両方向サイクロン集塵装置に適用した第３実施形態を示す縦断面図である。
【図９】  本発明による他の形態の層流化手段を逆方向サイクロン集塵装置に適用した第４実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】  図９のＣ部の拡大斜視図である
【図１１】  図１０のIII−III線に沿った断面図である。
【図１２】  本発明の第４実施形態による層流化手段を順方向サイクロン集塵装置に適用した状態を示した縦断面図である。
【図１３】  本発明の第４実施形態による層流化手段を両方向サイクロン集塵装置に適用した状態を示す縦断面図である。
【図１４】  本発明による層流化手段の他の形態を示す斜視図である。
【図１５】  本発明による層流化手段の他の形態を示す斜視図である。
【図１６】  本発明の第１実施形態による層流化手段を逆方向サイクロン集塵装置に適用した第５実施形態を示す縦断面図である。
【図１７】  本発明の第１実施形態による層流化手段を順方向サイクロン集塵装置に適用した第５実施形態を示す縦断面図である。
【図１８】  本発明による第６実施形態を示した要部斜視図である。
【図１９】  図１８のＤ部の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１００  サイクロン本体
１１０  空気吸入流路
１２０  空気排出流路
１３０  集塵筒
１４０  クロスブレード
４４０  円筒形ブレード
【図１】
0004454867.tif 000003
【図２】
0004454867.tif 000004
【図３】
0004454867.tif 000005
【図４】
0004454867.tif 000006
【図５】
0004454867.tif 000007
【図６Ａ】
0004454867.tif 000008
【図６Ｂ】
0004454867.tif 000009
【図６Ｃ】
0004454867.tif 000010
【図７】
0004454867.tif 000011
【図８】
0004454867.tif 000012
【図９】
0004454867.tif 000013
【図１０】
0004454867.tif 000014
【図１１】
0004454867.tif 000015
【図１２】
0004454867.tif 000016
【図１３】
0004454867.tif 000017
【図１４】
0004454867.tif 000018
【図１５】
0004454867.tif 000019
【図１６】
0004454867.tif 000020
【図１７】
0004454867.tif 000021
【図１８】
0004454867.tif 000022
【図１９】
0004454867.tif 000023