ЦИКЛОННОЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
CYCLONE SEPARATOR DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к разделительному устройству и к содержащему его циклонному сепаратору. Настоящее изобретение также относится к вакуумному очистителю, содержащему циклонный сепаратор согласно изобретению.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Циклонные сепараторы широко используют для отделения пыли и мусора от потока всасываемого воздуха вакуумных очистителей. Известные циклонные сепараторы содержат циклонную камеру с впуском воздуха и выпуском воздуха. Впуск воздуха расположен наклонно под углом к центральной оси циклонной камеры, так что когда воздух поступает в циклонную камеру, образуется вихрь воздуха. Грязь и мусор, захваченный в воздушном потоке, вдавливаются в периферийную стенку циклонной камеры под действием центробежных сил, что заставляет пыль и мусор падать на дно циклонной камеры. Затем чистый воздушный поток, который теперь отделен от пыли и мусора, выбрасывается через выпуск воздуха, а пыль и мусор сохраняются в циклонной камере.
US 6562093 показывает циклонный сепаратор, имеющий пылевой бункер, который находится на одной линии с циклонной камерой для экономии пространства. Пылевой бункер отделен от циклонной камеры разделительным устройством для предотвращения втягивания назад в циклонную камеру пыли и мусора, которые скопились в пылевом бункере.
US2006053757 показывает вакуумный очиститель, имеющий циклонное устройство сбора пыли, содержащее корпус циклона, имеющий всасывающую часть, через которую воздух втягивается, и выпускающую часть, через которую воздух выпускается; решетку, соединенную с выпускающей частью, для фильтрования воздуха; грязеприемник, соединенный с корпусом циклона, для сбора грязи, отделенной от воздуха, который втягивается через всасывающую часть; и направляющую часть на выходе для предотвращения разбрасывания грязи, собранной в грязеприемнике, и грязи, содержащейся во втягиваемом воздухе, направляя вниз грязь, имеющую по меньшей мере одно из предварительно заданной массы и предварительно заданного размера по спиральному направлению за счет потока воздуха в грязеприемник.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения состоит в обеспечении более эффективного сбора мусора. Изобретение определено в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предоставлено разделительное устройство для отделения циклонной камеры от сборной камеры циклонного сепаратора, при этом разделительное устройство имеет направляющий элемент, который имеет передний конец, задний конец и направляющую поверхность для направления мусора, захваченного в воздушном потоке, в циклонной камере по спиральной траектории вокруг оси разделительного устройства в сборную камеру, при этом направляющая поверхность продолжается вокруг оси разделительного устройства на угол меньше, чем 360 градусов, позволяя мусору в циклонной камере также проходить в сборную камеру из циклонной камеры в осевом направлении. Передний конец направляющего элемента находится под углом между 30 град. и 60 град. в направлении циклонной камеры относительно оси разделительного устройства. Передний конец может способствовать спиральному потоку воздуха и мусора, проходящему по направляющей поверхности, и может образовать периферийный край пути прохождения через разделительное устройство между циклонной камерой и сборной камерой. В одном варианте осуществления угол предпочтительно составляет по существу 45 градусов. Мусор может удаляться из циклонной камеры и скапливаться в сборной камере без оседания сперва на направляющей поверхности, и поэтому мусор может скапливаться более эффективно. Кроме того, направляющая поверхность, продолжающаяся меньше чем на 360 градусов вокруг оси разделительного устройства, обеспечивает возможность выполнения радиального протяжения пути прохождения через разделительное устройство таким образом, что больше грязи и мусора, например, волос и пуха, всегда будет подвергаться воздействию воздуха, проходящего в сборную камеру. Вследствие этого, будет предотвращаться прохождение такого более большого количества грязи и мусора из сборной камеры в циклонную камеру.
Преимущественно, разделительное устройство имеет отверстие как в радиальном направлении, обеспечивая возможность захвата мусора в воздушный поток, который проходит по спиральной траектории вокруг оси (X-X), чтобы выйти из разделительного устройства, так и в осевом направлении, позволяя мусору выходить из разделительного устройства под действием силы тяжести.
В одном варианте осуществления по меньшей мере часть направляющей поверхности следует по существу спиральному пути вокруг оси разделительного устройства. Спиральная траектория направляющей поверхности способствует спиральному потоку воздуха и мусора, проходящему по направляющей поверхности.
В одном варианте осуществления по меньшей мере часть направляющей поверхности расположена под углом в направлении циклонной камеры относительно оси разделительного устройства, а угол между указанной частью направляющей поверхности и осью разделительного устройства увеличивается вокруг оси разделительного устройства в направлении от переднего конца к заднему концу направляющего элемента. Это может обеспечивать, чтобы форма направляющей поверхности соответствовала форме спирального пути прохождения воздуха, движущегося из циклонной камеры в сборную камеру, так чтобы не нарушать спиральный путь прохождения потока. В дополнение, разделительное устройство может быть выполнено с возможностью занимать меньшее пространство в осевом направлении циклонной камеры.
Задний конец направляющего элемента может продолжаться по существу перпендикулярно оси разделительного устройства. Вследствие этого, задний конец может способствовать спиральному потоку воздуха и мусора, проходящему по направляющей поверхности от переднего конца к заднему концу, и может образовать периферийный край пути прохождения через разделительное устройство между циклонной камерой и сборной камерой.
В одном варианте осуществления участки переднего и заднего концов направляющего элемента, которые находятся рядом с осью разделительного устройства, перекрываются в осевом направлении разделительного устройства. Это может позволить, чтобы разделительное устройство занимало меньшее пространство в осевом направлении циклонной камеры.
В одном варианте осуществления разделительное устройство содержит опорный элемент, а направляющая поверхность продолжается от части периферии опорного элемента.
В одном варианте осуществления направляющая поверхность продолжается непрерывно вокруг оси разделительного устройства на угол между 270 градусами и 340 градусами и предпочтительно на угол, равный по существу 315 градусов.
В одном варианте осуществления разделительное устройство содержит периферийную стенку. Периферийная стенка может быть выполнена с возможностью установки заподлицо с периферийной стенкой циклонной камеры и/или периферийной стенкой сборной камеры. Вследствие этого, ограничен наклон разделительного устройства вокруг своей оси относительно циклонной камеры и/или сборной камеры.
В одном варианте осуществления разделительное устройство содержит блокирующий элемент, который продолжается в сборную камеру. Блокирующий элемент предотвращает прохождение воздуха в сборной камере через центр сборной камеры, и таким образом поддерживает циклонный путь прохождения воздуха в сборной камере.
Согласно настоящему изобретению также предоставлен циклонный сепаратор, содержащий разделительное устройство согласно изобретению.
Согласно настоящему изобретению также предоставлен вакуумный очиститель, содержащий циклонный сепаратор согласно изобретению.
Данные и другие аспекты изобретения станут очевидны и разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее варианты осуществления изобретения будут описаны только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе известного циклонного сепаратора;
Фиг. 2 представляет собой перспективное изображение разделительного устройства циклонного сепаратора согласно Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой вид сверху разделительного устройства согласно Фиг. 2;
Фиг. 4 представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе циклонного сепаратора для вакуумного очистителя, содержащего разделительное устройство согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 5 представляет собой перспективное изображение разделительного устройства согласно Фиг. 4 на своем месте на пылевом бункере;
Фиг. 6 представляет собой перспективное изображение разделительного устройства согласно Фиг. 4;
Фиг. 7 представляет собой альтернативное перспективное изображение разделительного устройства согласно Фиг. 4; а
Фиг. 8 представляет собой вид сверху разделительного устройства согласно Фиг. 4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее со ссылкой на Фиг. 1-3 показан известный циклонный сепаратор 1 для вакуумного очистителя. Циклонный сепаратор 1 содержит корпус 2 циклона, пылевой бункер 3 и разделительное устройство 4.
Корпус 2 циклона имеет открытый конец и содержит в общем цилиндрическую периферийную стенку 2A, которая окружает циклонную камеру 5. Пылевой бункер 3 имеет открытый конец и содержит в общем цилиндрическую периферийную стенку 3A, которая окружает сборную камеру 6. Открытый конец корпуса 2 циклона расположен вблизи открытого конца пылевого бункера 3 таким образом, чтобы циклонная камера 5 и сборная камера 6 располагались соосно. Разделительное устройство 4 расположено вблизи открытых концов корпуса 2 циклона и пылевого бункера 3 таким образом, чтобы циклонная камера 5 отделялась от сборной камеры 6 разделительным устройством 4. При использовании, корпус 2 циклона расположен по существу над пылевым бункером 3.
Разделительное устройство 4 содержит цилиндрический опорный элемент 7 и направляющий элемент 8. Направляющий элемент 8 разделительного устройства 4 содержит передний конец 8A и задний конец 8B, каждый из которых продолжается радиально от опорного элемента 7. Направляющий элемент 8 содержит винтовую направляющую поверхность 8C, которая продолжается от переднего конца 8A к заднему концу 8B вокруг центральной оси направляющей поверхности опорного элемента 7. Направляющий элемент 8 продолжается на 360 градусов вокруг опорного элемента 7 таким образом, что передний конец 8A перекрывает задний конец 8B направляющего элемента 8 в осевом направлении циклонной камеры 5. Вследствие этого, когда разделительное устройство 4 расположено между корпусом 2 циклона и пылевым бункером 3, между циклонной камерой 5 и сборной камерой 6 отсутствует линия прямой видимости. Между передним концом 8A и задним концом 8B направляющего элемента 8 образуется траектория 9 прохождения. Траектория 9 прохождения обеспечивает возможность прохождения воздуха между передним концом 8A и задним концом 8B направляющего элемента 8 в направлении по касательной циклонной камеры 5 и, вследствие этого, сообщения циклонной камеры 5 со сборной камерой 6 с прохождением текучей среды.
В периферийной стенке 2A корпуса 2 циклона предоставлен впуск 2B воздуха, который расположен дистально к открытому концу корпуса 2 циклона. В конце корпуса 2 циклона, который находится дистально к открытому концу, предоставлен выпуск 2C воздуха. Выпуск 2C воздуха расположен вблизи центральной оси циклонной камеры 5.
Впуск 2B воздуха расположен наклонно под углом к центральной оси циклонной камеры 5 таким образом, что когда воздух всасывается в циклонную камеру 5 через впуск 2B воздуха благодаря работе генерирующего всасывание средства (не показанного) циклонного сепаратора 1, воздух, поступающий в циклонную камеру 5, будет проходить по спиральной траектории в направлении открытого конца корпуса 2 циклона. Когда воздух поступает в циклонную камеру 5 из впуска 2B воздуха, скорость воздуха будет уменьшаться вследствие увеличения объема циклонной камеры 5 относительно впуска 2B воздуха. Вследствие этого, мусор высокой плотности, например, частицы песка или грязи, будет иметь недостаточный импульс, чтобы оставаться захваченным в воздушном потоке, и вместо этого будет падать в направлении открытого конца корпуса 2 циклона под действием силы тяжести.
Спиральная траектория воздушного потока в циклонной камере 5 является причиной приложения центробежного усилия ко всякой оставшейся грязи и мусору, захваченным в воздушном потоке, например, к мусору низкой плотности, такому как волос или пух, приводящего к тому, что указанные грязь и мусор вжимаются во внутреннюю поверхность периферийной стенки 2A корпуса 2 циклона. Когда грязь и мусор, захваченный в воздушный поток в циклонной камере 5, контактирует с периферийной стенкой 2A корпуса 2 циклона, кинетическая энергия грязи и мусор уменьшается. Это является причиной того, что подобные грязь и мусор обладают недостаточным импульсом, чтобы оставаться захваченными в воздушном потоке в циклонной камере 5, и поэтому указанные грязь и мусор падают в направлении открытого конца корпуса 2 циклона под действием силы тяжести.
Поскольку отсутствует линия прямой видимости через разделительное устройство 4 между циклонной камерой 5 и сборной камерой 6 в осевом направлении циклонной камеры 5, грязь и мусор, которые падают в направлении разделительного устройства 4, оседают на направляющей поверхности 8C направляющего элемента 8.
Когда воздушный поток в циклонной камере 5 достигает открытого конца корпуса 2 циклона, он входит в контакт с разделительным устройством 4. Часть воздушного потока, которая входит в контакт с разделительным устройством 4, отклоняется в сторону от разделительного устройства 4 и движется назад через циклонную камеру 5 в ее осевом направлении. Данная часть воздушного потока, из которой грязь и мусор удалили описанным ранее способом, затем выходит из выпуска 2C воздуха и выбрасывается в атмосферу. Оставшаяся часть воздушного потока, которая входит в контакт с разделительным устройством 4, образует 'дополнительный воздушный поток', который следует по направляющей поверхности 8C таким образом, что воздух проходит по спиральной траектории в направлении заднего конца 8B направляющего элемента 8. Когда дополнительный воздушный поток достигает заднего конца 8B направляющего элемента 8, он следует по пути 9 прохождения в разделительном устройстве 4 и проходит в сборную камеру 6.
Любая грязь и мусор, который удалили из воздушного потока в циклонной камере 5 и собрали на направляющей поверхности 8C разделительного устройства 4, будет вовлекаться в дополнительный воздушный поток, проходящий по направляющей поверхности 8C, и затягиваться в сборную камеру 6.
Когда дополнительный воздушный поток проходит передний конец 8A направляющего элемента 8 и проходит в сборную камеру 6, мусор высокой плотности, захваченный в дополнительном воздушном потоке, под действием силы тяжести будет падать в направлении конца сборной камеры 6, который находится дистально к разделительному устройству 4. Между тем, мусор низкой плотности будет оставаться захваченным в дополнительном воздушном потоке, поступающем в сборную камеру 6, и будет следовать по спиральной траектории вокруг центральной оси сборной камеры 6 в направлении от разделительного устройства 4.
Спиральная траектория дополнительного воздушного потока в сборной камере 6 является причиной приложения центробежного усилия к любой грязи и мусору, захваченным в дополнительном воздушном потоке, результатом чего является вдавливание указанных грязи и мусора во внутреннюю поверхность периферийной стенки 3A пылевого бункера 3 таким образом, что кинетическая энергия указанных грязи и мусора уменьшается. Это заставляет указанные грязь и мусор падать в направлении конца сборной камеры 6, который находится дистально к разделительному устройству 4.
Дополнительный воздушный поток, который поступает в сборную камеру 6, будет двигаться по спиральной траектории в осевом направлении сборной камеры 6 в сторону от разделительного устройства 4 перед изменением направления на обратное в осевом направлении и движением назад в направлении разделительного устройства 4. Дополнительный воздушный поток затем будет проходить назад в циклонную камеру 5 по пути 9 прохождения и из выпуска 2C воздуха. Дополнительный воздушный поток в сборной камере 6, который проходит назад в циклонную камеру 5, не должен по существу содержать грязь и мусор, чтобы гарантировать, что грязь и мусор не выходят из выпуска 2C воздуха. Грязь и мусор, которые извлекаются из дополнительного воздушного потока, скапливаются в сборной камере 6 на конце пылевого бункера 3, который находится дистально к разделительному устройству 4. Позже пользователь может удалить собранную грязь и мусор из пылевого бункера 3 и утилизировать.
Дополнительный воздушный поток, движущийся из циклонной камеры 5 в сборную камеру 6 по траектории 9 прохождения, называется 'входящий поток воздуха', а дополнительный воздушный поток, движущийся из сборной камеры 6 в циклонную камеру 5 по траектории 9 прохождения, называется 'выходящий поток воздуха'. Выходящий поток воздуха проходит вблизи центральной оси сборной камеры 6. Входящий поток воздуха проходит вблизи периферийной стенки 3A пылевого бункера 3. Вследствие этого, если траектория 9 прохождения видна в поперечном разрезе, входящий поток воздуха расположен между выходящим потоком воздуха и периферийной стенкой 3A пылевого бункера 3.
Скорость входящего потока воздуха больше, чем скорость выходящего потока воздуха. Это обусловлено расширением дополнительного воздушного потока по мере того, как он поступает в относительно большой объем сборной камеры 6, а также потерями на трение, когда воздушный поток контактирует с периферийной стенкой 3A пылевого бункера 3. Поскольку массовая скорость входящего потока воздуха и выходящего потока воздуха должны быть равны, уменьшенная скорость выходящего потока воздуха относительно входящего потока воздуха приводит к выходящему потоку воздуха, имеющему большую площадь поперечного сечения, чем у входящего потока воздуха.
Было обнаружено, что выходящий поток воздуха может оказывать влияние на большее количество грязи и мусора, и в частности, мусора низкой плотности, захваченного во входящем потоке воздуха и вращающегося и перемещающегося в радиальном направлении разделительного устройства 4 в выходящий поток воздуха. Это может приводить к большему количеству грязи и мусора, захватываемому только в выходящем потоке воздуха, причем в данный момент они будут проходить в циклонную камеру 5. Это нежелательно, поскольку подобные грязь и мусор затем будут выбрасываться через выпуск 2C воздуха.
Далее со ссылкой на Фиг. 4-8 показан циклонный сепаратор 10 для вакуумного очистителя согласно варианту осуществления изобретения. Циклонный сепаратор 10 содержит разгрузочную насадку 11, корпус 12 циклона, пылевой бункер 13 и разделительное устройство 14.
Корпус 12 циклона имеет открытый конец и содержит в общем цилиндрическую периферийную стенку 12A, которая окружает циклонную камеру 15. Пылевой бункер 13 имеет открытый конец и содержит в общем цилиндрическую периферийную стенку 13A, которая сужается в диаметре в осевом направлении от открытого конца пылевого бункера 13. Периферийная стенка 13A пылевого бункера 13 окружает сборную камеру 16. Открытый конец корпуса 12 циклона расположен вблизи открытого конца пылевого бункера 13 таким образом, что циклонная камера 15 и сборная камера 16 расположены соосно.
Разделительное устройство 14 расположено вблизи открытых концов корпуса 12 циклона и пылевого бункера 13 таким образом, что разделительное устройство 14 продолжается в пылевой бункер 13 и расположено между циклонной камерой 15 и сборной камерой 16. При использовании, корпус 12 циклона расположен по существу над пылевым бункером 13.
Разделительное устройство 14 содержит направляющий элемент 17, опорный элемент 18, периферийную стенку 19 и путь 20 прохождения. Направляющий элемент 17 образован в виде единого целого с опорным элементом 18 и периферийной стенкой 19.
Опорный элемент 18 содержит круглый диск, который выровнен перпендикулярно центральной оси циклонной камеры 15. Диаметр опорного элемента 18 меньше, чем диаметр циклонной камеры 15 и сборной камеры 16.
Направляющий элемент 17 продолжается радиально от периферии опорного элемента 18 и продолжается в периферийную стенку 13A пылевого бункера 13. Направляющий элемент 17 продолжается непрерывно на 315 градусов по окружности опорного элемента 18. Направляющий элемент 17 содержит передний конец 17A и задний конец 17B, которые расположены дистально друг к другу. Разделительное устройство 14 содержит центральную ось X-X. Передний конец 17A направляющего элемента 17 продолжается от опорного элемента 18 в направлении к корпусу 12 циклона под углом α, равным 45 градусов к центральной оси X-X разделительного устройства 14. Задний конец 17B направляющего элемента 17 продолжается радиально от опорного элемента 18 в направлении перпендикулярно центральной оси X-X разделительного устройства 14.
Направляющий элемент 17 содержит направляющую поверхность 17C, которая продолжается между передним концом 17A и задним концом 17B направляющего элемента 17 таким образом, что угол направляющей поверхности 17C относительно центральной оси X-X разделительного устройства 14 увеличивается от переднего конца 17A к заднему концу I7B. Вследствие этого, направляющая поверхность 17C направляющего элемента 17 наклонена относительно центральной оси X-X разделительного устройства 14, при этом периферийный край направляющего элемента 17, который находится дистально к опорному элементу 18, следует по спиральной траектории вокруг центральной оси X-X для того, чтобы придавать спиральное направление потока воздуху, проходящему по направляющей поверхности 17C. Поскольку угол направляющей поверхности 17C относительно центральной оси X-X разделительного устройства 14 увеличивается от переднего конца 17A к заднему концу 17B направляющего элемента 17, разделительное устройство 14 может быть выполнено таким образом, что участки переднего и заднего концов 17A, 17B, которые продолжаются от опорного элемента 18, перекрываются в осевом направлении циклонной камеры 15. Это позволяет разделительному устройству 14 занимать меньшее пространство в осевом направлении сборной камеры 16, чем известное разделительное устройство 4, описанное выше. Кроме того, разделительное устройство 14 может быть расположено таким образом, что имеется относительно небольшое осевое смещение по меньшей мере части направляющей поверхности 17C вокруг центральной оси X-X от переднего конца 17A к заднему концу 17B направляющего элемента 17 по сравнению с направляющей поверхностью 8C известного разделительного устройства 4, описанного выше. Это является предпочтительным, поскольку поток воздуха на конце циклонной камеры 15, который находится рядом с разделительным устройством 14, будет следовать по спиральной траектории, которая имеет относительно небольшой шаг и, вследствие этого, направляющая поверхность 17C может быть расположена таким образом, чтобы соответствовать данному спиральному пути, так что уменьшается разрыв дополнительного воздушного потока, проходящего через разделительное устройство 14.
Периферийная стенка 19 разделительного устройства 14 содержит непрерывный кольцевой участок 19A с выступом 19B, продолжающимся радиально наружу от первого его конца. Выступ 19B входит в зацепление с периферийной стенкой 13A пылевого бункера 13, чтобы удерживать разделительное устройство 14 на своем месте в циклонном сепараторе 10. Соединительный участок 19C продолжается от второго конца кольцевого участка 19A, дистального к первому концу, и продолжается к периферийному краю направляющего элемента 17, который находится дистально к опорному элементу 18. Длина соединительного участка 19C в осевом направлении сборной камеры 16 увеличивается от переднего конца 17A к заднему концу 17B направляющего элемента 17. Это чтобы приспособить уменьшающийся угол направляющей поверхности 17C по отношению к центральной оси X-X разделительного устройства 14 от переднего конца 17A к заднему концу 17B, что приводит к увеличивающемуся расстоянию между периферийным краем направляющего элемента 17 и непрерывным кольцевым участком 19A.
Внешняя поверхность периферийной стенки 19 разделительного устройства 14 установлена заподлицо с внутренней поверхностью периферийной стенки 13A пылевого бункера 13. Вследствие этого, ограничен наклон разделительного устройства 14 относительно центральной оси циклонной камеры 15.
Поскольку направляющий элемент 17 продолжается меньше чем на 360 градусов вокруг центральной оси X-X разделительного устройства 14, линия прямой видимости установлена между циклонной камерой 15 и сборной камерой 16 в осевом направлении циклонной камеры 15.
Расположение пути 20 прохождения обеспечивает возможность прохождения дополнительного воздушного потока через разделительное устройство 14 в направлении по касательной циклонной камеры 15. Поскольку передний конец 17A направляющего элемента 17 находится под углом α, равным 45 градусов к центральной оси X-X разделительного устройства 14, путь 20 прохождения имеет площадь поперечного сечения в общем треугольной формы.
В периферийной стенке 12A корпуса 12 циклона предоставлен впуск 12B воздуха, который расположен дистально к открытому концу корпуса 12 циклона. Выпуск 12C воздуха предоставлен в конце корпуса 12 циклона, который находится дистально к открытому концу. Выпуск 12C воздуха расположен вблизи центральной оси циклонной камеры 15. Над выпуском 12C воздуха находится разгрузочная насадка 11.
Впуск 12B воздуха расположен наклонно под углом к центральной оси циклонной камеры 15 таким образом, что когда воздух всасывается в циклонную камеру 15 через впуск 12B воздуха благодаря работе генерирующего всасывание средства (не показанного), предоставленного после выпуска 12C воздуха, воздух, поступающий в циклонную камеру 15, будет проходить по спиральной траектории в направлении открытого конца корпуса 12 циклона.
Когда воздух поступает в циклонную камеру 15 из впуска 12B воздуха, скорость воздуха будет уменьшаться вследствие увеличения объема циклонной камеры 15 относительно впуска 12B воздуха. Вследствие этого, мусор высокой плотности будет иметь недостаточный импульс, чтобы оставаться захваченным в воздушном потоке, и вместо этого будет падать в направлении открытого конца корпуса 12 циклона под действием силы тяжести. Кроме того, спиральная траектория воздушного потока в циклонной камере 15 является причиной приложения центробежного усилия ко всякой оставшейся грязи и мусору, захваченным в воздушном потоке, например, к мусору низкой плотности, такому как волос или пух, что приводит к вжиманию грязи и мусора во внутреннюю поверхность периферийной стенки 12A корпуса 12 циклона таким образом, что кинетическая энергия указанных грязи и мусора уменьшается. Это приводит к падению указанных грязи и мусора в направлении разделительного устройства 14 под действием силы тяжести.
Большая часть грязи и мусора, которая была удалена из воздушного потока в циклонной камере 15 и падает в направлении разделительного устройства 14 под действием тяжести, будет оседать на направляющей поверхности 17C направляющего элемента 17. Однако, поскольку направляющий элемент 17 продолжается меньше чем на 360 градусов вокруг центральной оси X-X разделительного устройства 14, некоторая часть грязи и мусора будет падать через зазор между передним концом 17A и задним концом 17B, где направляющий элемент 17 не выходит из опорного элемента 18, и будет скапливаться в сборной камере 16, а не оседать на направляющей поверхности 17C направляющего элемента 17. Это является предпочтительным, поскольку грязь и мусор более быстро удаляются из циклонной камеры 15, чем если бы они сперва оседали на разделительном устройстве 14 и поэтому улучшается эффективность циклонного сепаратора 10.
Когда воздушный поток в циклонной камере 15 достигает открытого конца корпуса 12 циклона, он входит в контакт с направляющей поверхностью 17C разделительного устройства 14. Часть воздушного потока, которая входит в контакт с направляющей поверхностью 17C, будет отклоняться в сторону от разделительного устройства 14 и проходить назад через циклонную камеру 15 и из выпуска 12C воздуха с выходом в атмосферу. Оставшаяся часть воздушного потока, которая входит в контакт с разделительным устройством 14, будет образовывать 'дополнительный воздушный поток', который проходит по направляющей поверхности 17C. Дополнительный воздушный поток будет следовать по спиральной в общем траектории и будет проходить в направлении от переднего конца 17A к заднему концу 17B направляющего элемента 17. Любая грязь и мусор, которые были ранее удалены из воздушного потока в циклонной камере 15 и скопились на направляющей поверхности 17C разделительного устройства 14, будут захвачены в дополнительном воздушном потоке, проходящем над направляющим элементом 17, и поэтому будут прижиматься в направлении заднего конца 17B.
Когда дополнительный воздушный поток, движущийся по направляющей поверхности 17C, проходит над задним концом 17B направляющего элемента 17 и в сборную камеру 16, мусор высокой плотности, захваченный в дополнительном воздушном потоке, будет падать через зазор между передним концом 17A и задним концом 17B направляющего элемента 17 под действием силы тяжести и будет падать в конец сборной камеры 16, который находится дистально к разделительному устройству 14. Вследствие этого, поскольку направляющий элемент 17 продолжается меньше чем на 360 градусов вокруг периферии опорного элемента 18, грязь и мусор высокой плотности будут проходить над задним концом 17B разделительного устройства 14 и отделяться от дополнительного воздушного потока благодаря действию тяжести быстрее, чем разделительное устройство 4 известного циклонного сепаратора 1. Вследствие этого, разделительное устройство 14 циклонного сепаратора 10 настоящего изобретения обеспечивает возможность более быстрого и более эффективного скапливания грязи и мусора высокой плотности, чем предшествующий уровень техники.
Дополнительный воздушный поток и любой мусор низкой плотности, захваченный в нем, будет проходить над задним концом 17B и в сборную камеру 16 по траектории 20 прохождения. Когда дополнительный воздушный поток поступает в сборную камеру 16, он будет следовать по спиральной траектории в осевом направлении от разделительного устройства 14.
Спиральная траектория дополнительного воздушного потока в сборной камере 16 является причиной приложения центробежного усилия к любой грязи и мусору, захваченным в дополнительном воздушном потоке, что приводит к вжиманию грязи и мусора во внутреннюю поверхность периферийной стенки 13A пылевого бункера 13 таким образом, что кинетическая энергия указанных грязи и мусора уменьшается. Вследствие этого, указанные грязь и мусор падают в направлении конца сборной камеры 16, который находится дистально к разделительному устройству 14.
Дополнительный воздушный поток, который поступает в сборную камеру 16, будет двигаться по спиральной траектории в осевом направлении сборной камеры 16 от разделительного устройства 14 перед изменением направления на обратное в осевом направлении и движением назад в направлении разделительного устройства 14. Затем дополнительный воздушный поток будет проходить назад в сборную камеру 16, по траектории 20 текучей среды и из выпуска 12C воздуха. Дополнительный воздушный поток в сборной камере 16, который проходит назад в циклонную камеру 15, по существу не содержит грязи и мусора, которые скапливаются в сборной камере 16 на конце пылевого бункера 13, который находится дистально к разделительному устройству 14. Затем дополнительный воздушный поток, который проходит назад в циклонную камеру 15, выбрасывается через выпуск 12C воздуха посредством разгрузочной насадки 11. Разгрузочная насадка 11 предотвращает выбрасывание более крупного мусора, например, нитей ткани или волос, которые не удаляются из воздушного потока в циклонной камере 15 через выпуск 12C воздуха.
Дополнительный воздушный поток, движущийся из циклонной камеры 15 в сборную камеру 16 по траектории 20 текучей среды, называется 'входящий поток воздуха', а дополнительный воздушный поток, движущийся из сборной камеры 16 в циклонную камеру 15 по траектории 20 текучей среды, называется 'выходящий поток воздуха'. Выходящий поток воздуха движется вблизи центральной оси сборной камеры 16. Входящий поток воздуха движется вблизи периферийной стенки 13A пылевого бункера 13. Вследствие этого, если траектория 20 прохождения видна в поперечном разрезе, входящий поток воздуха расположен между выходящим потоком воздуха и периферийной стенкой 13A пылевого бункера 13.
Скорость входящего потока воздуха больше, чем скорость выходящего потока воздуха. Это обусловлено расширением дополнительного воздушного потока по мере того, как он поступает в относительно большой объем сборной камеры 16, а также потерями на трение, когда дополнительный воздушный поток контактирует с периферийной стенкой 13A пылевого бункера 13. Поскольку массовая скорость входящего потока воздуха и выходящего потока воздуха должны быть равны, уменьшенная скорость выходящего потока воздуха относительно входящего потока воздуха приводит к выходящему потоку воздуха, имеющему большую площадь поперечного сечения, чем у входящего потока воздуха.
Важно, что размер площади пути 20 прохождения сделан не слишком маленьким, поскольку она должна быть определенного размера для достижения массовой скорости потока через разделительное устройство 14, которая способствует вихревому потоку в циклонной камере 15 и сборной камере 16. Однако, поскольку направляющий элемент 17 продолжается меньше чем на 360 градусов вокруг центральной оси X-X разделительного устройства 14, дополнительный воздушный поток может перемещаться по траектории 20 прохождения в осевом направлении циклонной камеры 15, а также в направлении по касательной к ней. Вследствие этого, радиальное протяжение пути 20 прохождения, которым является расстояние между передним концом 17A направляющего элемента 17 и периферийной стенкой 13A пылевого бункера 13, может быть сделано меньше, чем радиальное протяжение пути 9 прохождения разделительного устройства 4 предшествующего уровня техники, достигая в то же время такой же скорости дополнительного воздушного потока из циклонной камеры 15 в сборную камеру 16. Вследствие этого, даже в случае, когда выходящий поток воздуха оказывает влияние на большее количество грязи и мусора, захваченных во входящем потоке воздуха, которые вращаются и перемещаются в радиальном направлении разделительного устройства 14 в выходящий поток воздуха, меньшее радиальное протяжение пути 20 прохождения означает, что часть каждого из более крупного мусора будет в контакте с входящим потоком. Кроме того, треугольная форма поперечного сечения пути 20 прохождения в направлении по касательной циклонной камеры 15 приводит к меньшему размеру площади поперечного сечения пути 20 прохождения в направлении по касательной по сравнению с имеющим прямоугольную форму поперечного сечения путем 9 прохождения известного разделительного устройства 4. Уменьшенный размер площади поперечного сечения пути 20 прохождения в направлении по касательной циклонной камеры 15 приводит к входящему потоку воздуха, также имеющему меньшую площадь поперечного сечения в направлении по касательной. Вследствие этого, когда входящий поток воздуха поступает в сборную камеру 16 и встречается с воздухом в сборной камере 16, который будет иметь более низкую скорость, чем у входящего потока воздуха вследствие потерь на трение между воздухом в сборной камере 16 и периферийной стенкой 13A пылевого бункера 13, уменьшенное поперечное сечение входящего потока воздуха в направлении по касательной сборной камеры 16 будет приводить к меньшей энергии, рассеиваемой в замедленном воздухе в сборной камере 16, и поэтому скорость по касательной воздуха, поступающего в сборную камеру 16, будет выше по сравнению с циклонным сепаратором 1 предшествующего уровня техники. Это желательно, поскольку большое уменьшение скорости по касательной входящего потока воздуха может прерывать спиральный путь прохождения дополнительного воздушного потока.
В одном варианте осуществления радиальное протяжение пути 20 прохождения составляет 2 см. Однако следует признать, что радиальное протяжение пути 20 прохождения может быть другого размера. Было обнаружено, что меньшее радиальное протяжение пути 20 прохождения приводит к предотвращению прохождения меньшего количества мусора из сборной камеры 16 в циклонную камеру 15.
Усилие, прикладываемое к каждой частице, захваченной в воздушном потоке, характеризуется уравнением 1.
2
F=0,5pACV Уравнение 1
где F представляет собой усилие, прикладываемое к каждому куску мусора воздушным потоком, p представляет собой плотность воздуха, А представляет собой площадь поверхности мусора, который находится в контакте с воздушным потоком, C представляет собой аэродинамический коэффициент мусора, а V представляет собой скорость воздушного потока относительно скорости мусора.
Усилие, прикладываемое к каждому куску мусора, захваченному в воздушном потоке, пропорционально площади поверхности мусора, который находится в контакте с воздушным потоком и квадрату скорости воздуха. Поскольку траектория 20 прохождения выполнена таким образом, что часть каждого более крупного мусора всегда будет в контакте с входящим потоком, более крупная грязь и мусор будет иметь большее усилие, прикладываемое к нему входящим потоком, относительно усилия, прикладываемого к нему выходящим потоком, который имеет более медленную скорость, чем входящий поток. Вследствие этого, более крупный мусор будет вжиматься в сборную камеру 16 дополнительным воздушным потоком, и поэтому будет предотвращаться его прохождение назад в циклонную камеру 15 из сборной камеры 16. Вследствие этого, разделительное устройство 14 представленного изобретения обеспечивает возможность удаления большего количества крупной грязи и мусора из воздушного потока циклонным сепаратором 10, чем циклонным сепаратором 1 предшествующего уровня техники.
Разделительное устройство 14 имеет блокирующий элемент 21, который содержит трубчатый элемент 21A, который продолжается от опорного элемента 18 и продолжается в осевом направлении в сборную камеру 16. Дополнительный воздушный поток в сборной камере 16 должен двигаться по периферии трубчатого элемента 21A и, вследствие этого, блокирующий элемент 21 стимулирует направление вихревого потока воздуха в сборной камере 16.
Хотя в описанном выше варианте осуществления передний конец 17A направляющего элемента 17 продолжается от опорного элемента 18 в направлении к корпусу 12 циклона под углом α, равным 45 градусов к центральной оси X-X разделительного устройства 14, в альтернативных вариантах осуществления (не показано) передний конец продолжается под другим углом α между 30 град. и 60 град. к центральной оси X-X.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления описан циклонный сепаратор 10 для применения в вакуумном очистителе, необходимо признать, что циклонный сепаратор 10 также может быть использован в других вариантах применения, например, в системе фильтрации воздуха или выхлопной системе фильтрации.
В описанных выше вариантах осуществления разделительное устройство 14 имеет диаметр, равный 8 см. Однако следует признать, что разделительное устройство 14 описанных выше вариантов осуществления может иметь альтернативный диаметр.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления направляющий элемент 17 продолжается непрерывно приблизительно на 315 градусов окружности опорного элемента 18, в альтернативных вариантах осуществления (не показано) направляющий элемент продолжается на другой угол по окружности опорного элемента.
Необходимо заметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что квалифицированные специалисты в данной области будут в состоянии разработать множество альтернативных вариантов осуществления без выхода за пределы объема правовых притязаний приложенной формулы изобретения. Следует понимать, что термин "содержащий" не исключает другие элементы или стадии и единственное число не исключает множества. Тот факт, что некоторые меры перечисляются во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения не означает, что с пользой не может быть использована комбинация данных мер. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны истолковываться, как ограничение объема правовых притязаний формулы изобретения.