ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР И ПЫЛЕСОС, ОСНАЩЕННЫЙ ТАКИМ ФИЛЬТРОМ
DUST FILTER AND VACUUM CLEANER WITH SAID FILTER

Настоящее изобретение относится к пылеулавливающему фильтру для фильтрации загрязняющих частиц из воздушного потока, проходящего в пылесос, и к пылесосу, оснащенному таким фильтром. Со временем такие фильтры, которые также могут быть использованы в качестве фильтра тонкой очистки вниз по потоку от пылевого мешка или циклонного пылеуловителя, засоряются загрязняющими частицами, образующими лепешку, прилипающую к мембране фильтра, сопротивление, которое испытывает воздух при прохождении через фильтр, увеличивается, что отрицательно сказывается на всасывающей силе пылесоса. Регулярная чистка фильтра является целесообразной для предотвращения уменьшения всасывающей силы без необходимости замены фильтра новым каждый раз, когда фильтр засоряется до такой степени, что эффективная всасывающая сила становится слишком маленькой.
В соответствии с публикацией 2005/0183233 заявки на патент США описан ряд очищающих элементов, которые имеют свободные концы, которые могут перемещаться вдоль складок фильтрующего элемента и сметать или встряхивать загрязняющие частицы с фильтрующего элемента.
Хотя данный способ чистки фильтра является практичным, поскольку фильтр может оставаться в пылесосе, и загрязняющие частицы, которые были удалены, остаются внутри пылесоса, необходимо увеличение общей эффективности процесса чистки, особенно, относительно удаления тонкодисперсных загрязняющих частиц.
Целью настоящего изобретения является создание износостойкого устройства, которое обеспечивает эффективное удаление загрязняющих частиц и, особенно, тонкодисперсных загрязняющих частиц из фильтрующего элемента. В соответствии с настоящим изобретением данная цель достигается посредством создания фильтра по п.1.
Поскольку, по меньшей мере, часть гибкой пластины между подвеской и свободным концом отклоняющей пластины имеет ширину, перпендикулярную направлению перемещения отклоняющей пластины, которая уменьшается при увеличении расстояния до подвески, гибкая пластина является более жесткой на своих участках, на которых изгибающие нагрузки при использовании являются относительно большими по сравнению с участками, на которых изгибающие нагрузки при использовании являются относительно низкими. Это является причиной того, что гибкая пластина имеет большую общую жесткость без чрезмерного уменьшения срока службы. Увеличение общей жесткости является эффективным для приложения относительно больших усилий на складки и относительно сильных ударов по складкам, так что во время работы складки фильтра подвергаются сильным ударам и встряхиванию, и загрязняющие частицы эффективно стряхиваются с мембраны фильтра. Из-за увеличения жесткости гибкой пластины она возвращается в свою ненагруженную форму относительно быстро после освобождения. Быстрое возвращение отклоняющей пластины в свою первоначальную форму дает возможность отклонять последующие складки при высокой скорости. Кроме того, быстрое возвращение отклоняющей пластины в свое ненагруженное состояние также приводит к тому, что отклоняющая пластина сильно ударяет по следующей складке, так что загрязняющие частицы эффективно стряхиваются с этой складки.
Кроме того, увеличение жесткости гибкой пластины позволяет отклонять складки, имеющие большую жесткость. Увеличение жесткости складок приводит к быстрому пружинящему обратному движению складок после прекращения действия отклоняющей пластины. Возвращение складок в их первоначальную форму и положение с высоким ускорением и замедлением после сгиба и прекращения действия отклоняющей пластины заставляет накопленные загрязняющие частицы стряхиваться более эффективно.
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Дополнительные аспекты, эффекты и детали настоящего изобретения изложены в подробном описании со ссылкой на примеры, некоторые из которых изображены на схематических чертежах.
Отмечено, что US 2002/0166199 раскрывает очищающий элемент фильтра для тонкодисперсных загрязняющих частиц, установленный на раме фильтра, расположенной рядом с фильтром для тонкодисперсных загрязняющих частиц, таким образом, что удлиненная кромка очищающего элемента фильтра для тонкодисперсных загрязняющих частиц находится в рабочем зацеплении с одной из гофрированных кромок на наружной периферии фильтра для тонкодисперсных загрязняющих частиц. Фильтр для тонкодисперсных загрязняющих частиц установлен с возможностью вращения на раме фильтра.
Фиг.1 изображает перспективный вид примера фильтра в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 изображает вид в разрезе спереди фильтра на фиг.1;
фиг.3 изображает вид в разрезе пылесоса, оснащенного фильтром на фиг.1 и 2;
фиг.4 изображает перспективный вид другого примера фильтра в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.5 изображает вид в разрезе сверху фильтра на фиг.1-3 с отклоняющими пластинами и двумя складками в отклоненном состоянии и
фиг.6 изображает вид в соответствии с фиг.5 с отклоняющими пластинами и складками в неотклоненном состоянии.
Пример фильтра 1 в соответствии с настоящим изобретением, изображенный на фиг.1-3 и 6, включает верхний торцевой элемент 5 и нижний торцевой элемент 6, между которыми закреплена гофрированная мембрана 2 фильтра. Верхний торцевой элемент 5 фильтра 1 содержит воздушный канал 7. Вал 4 подвешен с возможностью вращения за торцевые элементы 5, 6. Вал 4 перемещает две отклоняющие пластины 3A, 3B. Фильтр 1 представляет собой обычный цилиндрический фильтрующий патрон, в котором мембрана 2 постоянно закреплена между торцевыми элементами 5, 6.
Мембрана 2 фильтра образована из одного или более слоев листового материала посредством складывания материала для образования ряда складок 8. Мембрана 2 фильтра может быть образована из любого подходящего имеющегося в продаже фильтрующего материала. Фильтрующие листовые материалы, из которых легко могут вытряхиваться загрязняющие частицы, например, ePTFE, являются особенно подходящими. Предпочтительно мембрана фильтра также содержит защитный слой для опоры, который, по существу, не выполняет функцию фильтрации.
Мембрана 2 фильтра 1 в соответствии с настоящим примером сформирована в гофрированную периферийную цилиндрическую стенку и имеет первый и второй концы, соединенные друг с другом таким образом, что стенка является бесконечной. Мембрана 2 фильтра расположена между верхним торцевым элементом 5 и нижним торцевым элементом 6, причем складки 8 проходят в направлении от верхнего торцевого элемента 5 к нижнему торцевому элементу 6, таким образом обеспечивая не только увеличенную фильтрующую поверхность, но также дополнительную прочность мембраны 2 фильтра.
Вал 4 установлен с возможностью опоры как в верхнем торцевом элементе 5, так и в нижнем торцевом элементе 6 и проходит за нижний торцевой элемент 6 для соединения с приводом для приведения во вращение вала 4. Вал 4 подвешен в положении, соосном с обычной цилиндрической мембраной 2 фильтра.
Каждая из отклоняющих пластин 3A, 3B проходит от вала 4 к складкам 8 и имеет свободный конец 9A, 9B, выступающий между складками 8, по меньшей мере, когда складки 8 и отклоняющие пластины 3A, 3B находятся в неотклоненном состоянии. Когда отклоняющие пластины и складки находятся в неотклоненном состоянии, свободные концы 9A, 9B предпочтительно выступают между складками 8 фильтра на глубину 5-25% и более предпочтительно на глубину 10-20% от глубины складки, измеренной от плоскости, образованной свободными концами стенок соседних складок на противоположных сторонах пространства между двумя стенками последовательных складок до тупикового конца пространства между двумя стенками последовательных складок, причем угол между сторонами каждой складки предпочтительно меньше 25°. Каждая из отклоняющих пластин 3A, 3B включает гибкую пластину 10A, 10B, проходящую от вала 4 к складкам 8.
Для чистки мембраны 2 фильтра свободные концы 9A, 9B отклоняющих пластин 3A, 3B перемещаются вдоль ряда складок 8 при вращении вала 4. Поскольку неотклоненные свободные концы 9A, 9B отклоняющих пластин 3A, 3B проходят между неотклоненными складками 8, складки 8 отклоняются и освобождаются по очереди вдоль ряда при перемещении отклоняющих пластин 3A, 3B вдоль складок 8.
Когда отклоняющая пластина 3A, 3B перемещается к складке 8, ее свободный конец 9 прикладывает усилие на сторону складки 8, заставляя складку 8 сгибаться при дальнейшем повороте вала 4 отклоняющей пластины. Одновременно гибкие пластины 10A, 10B сгибаются в отклоненное состояние. Фиг.5 изображает гибкие пластины 10A, 10B в отклоненном состоянии. В определенный момент отклоняющая пластина 3A, 3B расцепляется со складкой 8, и складка освобождается и быстро возвращается в свое неотклоненное состояние. Одновременно отклоняющая пластина 3A, 3B быстро возвращается в свое неотклоненное состояние, как листовая пружина, и будет ударять по следующей складке 8 предпочтительно перед тем, как будет полностью неотклоненной. В зависимости от конфигурации складок 8 и отклоняющей пластины 3A отклоняющая пластина 3A может сгибать только одну складку 8 за один раз или две или более последовательных складок 8 вместе, только освобождая складку 8 после (частичного) сгиба другой складки 8. Количество складок 8, которое одновременно сгибается отклоняющей пластиной 3A, может незначительно изменяться при перемещении отклоняющей пластины вдоль ряда складок. Хотя складки 8 предпочтительно освобождаются отдельно после отклонения, также может случиться то, что последовательные складки 8 освобождаются одновременно.
Каждая из гибких пластин 10A, 10B имеет ширину, перпендикулярную направлению перемещения отклоняющих пластин 3A, 3B, которая уменьшается в зависимости от расстояния до вала 4, который образует подвеску, за которую подвешиваются отклоняющие пластины 3A, 3B. Из-за этой ширины, увеличивающейся к подвеске, гибкие пластины 10A, 10B являются более жесткими рядом с подвеской, где изгибающие нагрузки при использовании являются относительно большими, чем дальше от подвески, где изгибающие нагрузки являются относительно небольшими. Таким образом, жесткость отклоняющих пластин относительно смещения конца отклоняющей пластины является выше, чем жесткость сравниваемых отклоняющих пластин, например, отклоняющих пластин, имеющих ту же толщину и среднюю ширину, в то время как срок службы увеличивается, поскольку деформация изгиба более равномерно распределена по отклоняющей пластине. В частности, максимальная деформация в тяжело нагруженных частях около подвески уменьшена.
2
2
Кроме того, относительно большая жесткость позволяет отклоняющей пластине, по существу, отклонять относительно жесткие складки 8, которые стряхивают пыль более эффективно, чем мягкие складки, поскольку жесткие складки быстрее приводятся обратно в действие. Для получения жестких складок для фильтра с внутренним диаметром 4-10 см мембрана фильтра предпочтительно имеет опорный слой, рассчитанный на, по меньшей мере, 150 г/м и предпочтительно 200-300 г/м. Жесткость складок 8 и отклоняющих пластин предпочтительно является такой, что деформация отклоняющей пластины в направлении, перпендикулярном ряду складок, из ненагруженного состояния в деформированное состояние в момент освобождения складки по большей части равна деформации каждой из складок 8 в направлении, перпендикулярном ряду складок из ненагруженного состояния в деформированное состояние в момент освобождения этой складки 8.
Отмечено, что хотя ширина гибких пластин предпочтительно уменьшается постепенно и более предпочтительно пропорциональна изгибающему моменту, приложенному к ним, когда свободные концы зацепляются со складками, можно также обеспечить то, чтобы ширина уменьшалась в зависимости от расстояния до подвески только на части радиальной длины гибкой пластины и/или чтобы ширина уменьшалась постепенно.
Другое преимущество отклоняющей пластины 3A, 3B, имеющей большую жесткость, состоит в том, что отклоняющая пластина 3A, 3B быстро восстанавливает свою первоначальную форму после сгиба складки 8 фильтра. Это необходимо для сгиба следующей складки 8. Быстрое возвращение в свое натянутое положение может также обеспечить сильный удар отклоняющей пластины 3A, 3B по следующей складке 8, который удаляет загрязняющие частицы, прилипшие к мембране 2 фильтра.
Свободные концы 9A, 9B отклоняющих пластин 3A, 3B имеют криволинейный контур, и еще, в частности, радиус кривизны данного контура больше в центральной части свободных концов 9A, 9B, чем на боковых частях свободных концов. При сгибе отклоняющими пластинами 3A, 3B части складок 8 вдоль длины центральной части кромок 24A, 24B отклоняющих пластин обычно отклоняются дальше, чем части вдоль длин частей кромок 24A, 24B отклоняющих пластин, больше смещенные в сторону от кромок 24A, 24B отклоняющих пластин. Криволинейные контуры кромок 24A, 24B отклоняющих пластин обеспечивают более равномерное распределение контактного давления между отклоняющими пластинами 3A, 3B и складками 8, таким образом минимизируя локальные максимальные нагрузки и, соответственно, локальный износ складок 8. Следовательно, мембрана фильтра может очищаться чаще, прежде чем износ вызовет утечку фильтра.
Кроме того, свободные концы 9A, 9B отклоняющих пластин 3A, 3B покрыты пластиком 14. Пластик 14 является более мягким и более гладким, чем металлическая кромка, и, следовательно, вызывает меньший износ мембраны 2 фильтра. Для эффективного литьевого формования концов отклоняющих пластин предпочтительно образовать выемки, изображенные на кромках 24A, 24B отклоняющих пластин. В выемке литник, оставленный отверстием для впрыска, может располагаться, не вызывая повреждения мембраны фильтра.
Как лучше всего видно на фиг.6, свободные концы 9A, 9B отклоняющих пластин 3A, 3B, по меньшей мере, частично заранее отогнуты назад относительно указанного направления перемещения 34. Это является предпочтительным, поскольку обеспечивается сгиб концов отклоняющих пластин радиально внутрь с относительно небольшой удельной деформацией гибких пластин 10A, 10B.
В настоящем примере отклоняющие пластины 3A, 3B подвешены и имеют такие размеры, что когда отклоняющие пластины 3A, 3B перемещаются вдоль ряда складок 8, начиная от, по существу, плоской конфигурации в ненагруженном состоянии (т.е. перед предварительным сгибанием в ненагруженном состоянии), гибкие пластины 10A, 10B пластически деформируются в, по меньшей мере, частично заранее согнутую форму, как описано выше. Поскольку степень, до которой отклоняющие пластины 3A, 3B заранее сгибаются, таким образом, зависит от местоположений и жесткости складок 8 мембраны 2 фильтра, форма, в которую отклоняющие пластины 3A, 3B заранее сгибаются, точно регулируется в соответствии с параметрами конкретной мембраны 2 фильтра, с которой отклоняющие пластины 3A, 3B должны взаимодействовать при использовании. В фильтре в соответствии с настоящим примером этот признак представляет собой конкретное преимущество, поскольку торцевые элементы 5, 6 постоянно соединены с мембраной 2 фильтра, и отклоняющие пластины 3A, 3B установлены между ними и, следовательно, по меньшей мере, практически считаются неотделяемыми от мембраны 2 фильтра того же самого фильтрующего патрона. Когда новый фильтрующий патрон в соответствии с данным примером необходим для замены старого, он включает в себя новую отклоняющую пластину, заранее установленную без возможности отсоединения в фильтрующем патроне. В новом состоянии расстояние, на которое отклоняющие пластины выступают между складками, когда усилие не прикладывается на складки, составляет предпочтительно, по меньшей мере, 1,5 мм. После использования это расстояние может стать меньше 1,5 мм вследствие постоянной деформации отклоняющих пластин и складок.
Гибкие пластины 10A, 10B отклоняющих пластин 3A, 3B фильтра 1 в соответствии с настоящим примером являются частями одной общей пластины, установленной на валу 4, и проходят на противоположных сторонах вала 4.
Для недорогого изготовления предпочтительно, если гибкие пластины 10A, 10B выполнены из ровного листового материала с, по существу, постоянной толщиной, например, пружинной стали.
Предпочтительно для фильтра с внутренним диаметром 5 см гибкие пластины выполнены из пружинной стали с постоянной толщиной от 0,15 до 0,25 мм. Фильтр предпочтительно имеет внутренний диаметр 4-10 см. Если фильтр имеет внутренний диаметр меньше или больше 5 см, толщина пружины предпочтительно выбирается пропорционально меньше или, соответственно, больше диапазона толщины, предпочтительного для фильтра с диаметром 5 см с целью обеспечения максимального напряжения в гибкой пластине на одном и том же уровне, предполагая, что максимальные отклонения на конце отклоняющей пластины будут приблизительно пропорциональны диаметру фильтра и, соответственно, увеличенному размеру складки.
Фиг.3 изображает пример того, как можно вставить фильтр 1 в пылесос 11 в соответствии с настоящим изобретением для формирования пылесоса в соответствии с настоящим изобретением. Пылесос 11 содержит наружную камеру 17, промежуточную камеру 18 и выпускную камеру 19. Фильтр 1 размещается в центре промежуточной камеры 18 с воздушным каналом 7, открывающимся в направлении вверх, и отделяет выпускную камеру 19, ограниченную мембраной 2 фильтра, от промежуточной камеры 18. Вентилятор 15, соединенный с электродвигателем 26, установлен вниз по потоку от воздушного канала 7. В нижней части пылесоса расположен электродвигатель 16, соединенный с валом 4 для приведения во вращение отклоняющих пластин 3A, 3B вдоль складок 8 фильтра 1. Рукав 12 соединен с корпусом пылесоса 11 и открывается в наружную камеру 17.
Во время работы вентилятор 15 всасывает воздух в устройство через рукав 12 и тангенциальное впускное отверстие 13, как показано стрелкой 20. Воздушный поток продолжает движение через наружное и промежуточное кольца 17, 18, как показано стрелками 21, и через гофрированную мембрану 2 фильтра в камеру 19. Отфильтрованный воздух затем поднимается вверх из фильтра 1 через выпускной канал 7 и выходит из корпуса пылесоса, соответственно, через вентиляционные отверстия, как показано стрелками 23.
Тангенциальное впускное отверстие 13 обеспечивает принудительную циркуляцию воздуха и загрязняющих частиц в наружной кольцеобразной камере 17. Это обеспечивает достаточно сильное действие центробежной силы для отделения особенно более крупных загрязняющих частиц от воздушного потока в промежуточной камере 18. Более крупные загрязняющие частицы, в конечном счете, будут оседать в нижней части наружного кольца 17.
Таким образом, воздух, проходящий в промежуточную кольцеобразную камеру 18, все еще содержит тонкодисперсные загрязняющие частицы, которые отфильтровываются, по меньшей мере, в значительной степени, когда воздух проходит через мембрану 2 фильтра в центральную камеру 19.
Со временем загрязняющие частицы, прилипшие к мембране 2 фильтра, образуют лепешку из загрязняющих частиц на ее поверхности, и сопротивление, вызываемое фильтром, соответственно, увеличивается, приводя к тому, что пылесос 11 создает меньшую всасывающую силу на впускном конце рукава 12. Эту лепешку из загрязняющих частиц можно в значительной степени удалить посредством перемещения отклоняющих пластин 3A, 3B вдоль складок 8, как описано выше, предпочтительно в то время как вентилятор не приводит в движение воздушный поток через фильтр 2. Встряхивание складок 8 вызывает растрескивание лепешки из загрязняющих частиц и отделение от мембраны 2 фильтра, а также падение в нижнюю часть промежуточной камеры под фильтром 1. Загрязняющие частицы, собранные в нижней части наружной и промежуточной камер 17, 18, могут быть удалены посредством открытия пылесоса вдоль шва 25 и выгрузки накопленных загрязняющих частиц.
В настоящем примере воздух, увлекающий за собой загрязняющие частицы, направляется через мембрану 2 фильтра с наружной стороны фильтра 1 во внутреннюю часть фильтра 1. Таким образом, загрязняющие частицы, отфильтрованные из воздушного потока, накапливаются на наружной стороне фильтра 1. Следовательно, отклоняющие пластины 3A, 3B защищены от большей части загрязняющих частиц, и работе отклоняющих пластин не могут препятствовать большие количества загрязняющих частиц и предметов, подобных волосам, накапливающиеся вокруг отклоняющих пластин.
Предпочтительно электродвигатель 16 приспособлен для приведения во вращение отклоняющих пластин 3A, 3B вдоль ряда складок 8 с окружной скоростью на свободных концах 9A, 9B отклоняющих пластин, по меньшей мере, 0,3 м/с и предпочтительно, по меньшей мере, 0,5 м/с.
Через равные промежутки времени, например, в зависимости от уровня падения давления на фильтре или по истечению времени после предыдущей чистки, во время которой использовался пылесос, электродвигатель 16 может быть приведен в действие для вращения вала 4 и приведения в движение отклоняющих пластин 3A, 3B вдоль ряда складок 8, в то время как вентилятор не перемещает воздушный поток через фильтр 1. Во время процесса чистки движение отклоняющих пластин 3A, 3B может происходить с разными скоростями и прерываться. Направление вращения может изменяться на противоположное, но является предпочтительно всегда одним и тем же.
Из вышеизложенного будет понятно специалисту в данной области техники, что в рамках настоящего изобретения, как изложено в формуле изобретения, также возможны многие изменения в отличие от указанных примеров. Например, отклоняющая пластина могла бы также быть расположена на наружной стороне фильтра. Кроме того, возможно прохождение воздуха из внутренней части фильтра на наружную сторону фильтра с отклоняющей пластиной, расположенной также на наружной стороне. Вместо двух отклоняющих пластин могла бы быть установлена одна отклоняющая пластина или большое количество отклоняющих пластин. Гибкая пластина также могла бы быть выполнена из другого типа материала, например, композиционного материала, содержащего волокна и связующий материал. Кроме того, фильтр мог бы вращаться, в то время как отклоняющая пластина оставалась бы неподвижной, или оба, фильтр и отклоняющая пластина, могли бы вращаться в соответствующих противоположных направлениях. На фиг.4 изображен альтернативный вариант осуществления, в котором фильтр 111 является панельным фильтром. Отклоняющая пластина 113 незначительно тоньше на своем свободном конце, чем на своем соединенном конце и подвешена для перемещения вверх и вниз вдоль складок 112 для удаления пыли.
Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в вышеизложенном описании, такие иллюстрация и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть понятны и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного настоящего изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и неопределенный артикль не исключает множество. Индивидуальный процессор или другое устройство может выполнять функции некоторых элементов, перечисленных в формуле изобретения. Один лишь факт, что определенные критерии изложены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих критериев не может использоваться для обеспечения преимущества. Любые ссылочные знаки в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем.
Пылеулавливающий фильтр для фильтрации загрязняющих частиц из воздушного потока содержит мембрану фильтра, образованную посредством сложения в ряд складок. Отклоняющая пластина для складок подвешена с возможностью перемещения для перемещения вдоль ряда складок для чистки мембраны фильтра. Отклоняющая пластина имеет свободный конец, проходящий между складками, когда отклоняющая пластина и складки находятся в неотклоненном состоянии так, что когда отклоняющая пластина перемещается вдоль ряда складок, складки отклоняются и освобождаются по очереди вдоль ряда. Отклоняющая пластина является гибкой пластиной или содержит ее, по меньшей мере, часть которой между подвеской и свободным концом имеет ширину, перпендикулярную направлению перемещения отклоняющей пластины, которая уменьшается в зависимости от расстояния к подвеске. Таким образом, получают отклоняющую пластину с повышенной жесткостью, которая является полезной для эффективного удаления пыли.