СЕПАРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО
SEPARATING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к сепараторному устройству, предназначенному для использования в устройстве обработки поверхности, таком как пылесос, в частности в пылесосе ручного типа, который обычно является компактным и легким, хотя данное изобретение также применимо к пылесосам вертикального и цилиндрического типа.
Уровень техники
Ручные пылесосы пользуются популярностью у пользователей благодаря их малому весу и присущей им портативности, а также отсутствию кабелей электропитания, что делает такие пылесосы особенно подходящими для задач очистки конкретного ограниченного места, а также для чистки площадей большего размера. Эффективность очистки ручных пылесосов улучшается, и, как известно, ручной пылесос оборудуют циклонным сепараторным устройством для отделения грязи и пыли от входящего потока загрязненного воздуха. Один такой пример описан в патентном документе EP 2040599 B, который включает в себя первую циклонную сепараторную ступень в виде относительно большой цилиндрической камеры циклона и вторую циклонную сепараторную ступень в виде множества меньших циклонов, находящихся по потоку после первой циклонной сепараторной ступени и расположенных в кольцеобразной конфигурации вокруг первой циклонной сепараторной ступени. В такой конструкции первая циклонная сепараторная ступень действует для отделения относительно крупного мусора от воздушного потока, тогда как вторая циклонная сепараторная ступень отфильтровывает относительно мелкую грязь и пыль из воздушного потока благодаря увеличенной эффективности сепарации меньших циклонов.
Увеличение числа параллельных циклонов в общем случае увеличивает эффективность сепарации устройства для данного сопротивления воздушному потоку. Однако обеспечение большего числа циклонов меньшего размера, как правило, расположенных в виде кольца, приводит к негативному эффекту увеличения диаметра и, в более широком смысле, к увеличению общего размера сепараторного устройства. Хотя могут быть предприняты меры для минимизации размеров циклонов во второй ступени, степень уменьшения размеров ограничена, поскольку простое уменьшение размера циклонов вызывает при этом другие проблемы, например высокое сопротивление воздушному потоку и закупорку циклонов. Кроме того, сепараторное устройство должно быть также снабжено выходными каналами для того, чтобы текучая среда выходила из сепараторного устройства таким образом, чтобы позволить компоновать сепараторное устройство компактным образом, так чтобы оно было более подходящим для использования на портативной машине. Именно с учетом этих вопросов было задумано данное изобретение.
Раскрытие изобретения
1
2
Принимая во внимание вышеуказанные обстоятельства, данное изобретение обеспечивает сепараторное устройство для устройства обработки поверхности, содержащее первый циклонный сепараторный блок, включающий в себя по меньшей мере один первый циклон, второй циклонный сепараторный блок, расположенный по потоку после первого циклонного сепараторного блока и включающий в себя множество вторых циклонов, расположенных по текучей среде параллельно вокруг первой оси (Y), причем множество вторых циклонов сгруппированы в по меньшей мере первый набор вторых циклонов, расположенных вокруг оси, и второй набор вторых циклонов, расположенных вокруг оси (Y). Каждый из циклонов в первом наборе вторых циклонов образует продольную ось (C) и включает в себя входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды, а каждый из циклонов во втором наборе вторых циклонов образует продольную ось (С) и включает в себя входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды. Входные отверстия для текучей среды первого набора вторых циклонов расположены на расстоянии вдоль оси от входных отверстий второго набора вторых циклонов, и каждое выходное отверстие циклонов в первом наборе вторых циклонов и каждое выходное отверстие циклонов во втором наборе вторых циклонов сообщено по текучей среде с выходным каналом, причем выходной канал включает в себя первую часть, которая проходит между двумя из циклонов по меньшей мере первого набора вторых циклонов.
Такая конфигурация выходного канала, который проходит между двумя соседними циклонами, обеспечивает компактную конструкцию циклонного сепаратора для применений, в которых требуется, чтобы выходное отверстие сепаратора было по существу перпендикулярным к главной оси циклонного сепаратора. Эту конфигурацию необходимо сравнить с известными конфигурациями, в которых воздушный поток, выходящий из циклонов, собирается в коллекторе или камере в верхнем конце сепаратора и затем направляется в поперечном направлении на удаление от оси сепаратора. Сбор воздушного потока в верхней части сепаратора, таким образом, увеличивает высоту сепаратора, а также, как правило, приводит к размещению выходного отверстия сепаратора в сравнительно высоком положении, что может быть неприемлемо в некоторых применениях, например, ручных пылесосах.
В первую часть выходного канала текучая среда может подаваться дополнительной или «второй» частью, которая расположена по потоку перед первой частью и которая проходит вдоль главной оси (Y) сепараторного устройства. Чтобы она выходила из боковой части сепараторного устройства, первая часть выходного канала может проходить на удаление от дополнительной части в радиальном направлении, так чтобы она образовывала некоторый угол относительно главной оси.
Фильтрующий элемент может вставляться во вторую часть выходного канала. Предпочтительно, чтобы фильтр представлял собой рукавный фильтр, расположенный в канале, и, таким образом, являлся по существу трубчатым и образовывал стенку фильтра, имеющую продольную ось, по существу параллельную продольной оси канала/сепараторного устройства. Обычно удлиненные фильтры, такие как рукавные фильтры, располагаются таким образом, что воздушный поток входит во внутреннее пространство или полость фильтра в направлении вдоль продольной оси фильтра через открытый конец фильтра. Такая конфигурация требует, чтобы камера, расположенная рядом с открытым концом фильтра, образовывала входную зону и позволяла воздуху втекать в аксиальном направлении в фильтр. В отличие от этого в одном варианте осуществления данного изобретения фильтр образует одно или несколько радиальных входных отверстий, так чтобы воздушный поток направлялся во внутреннюю полость фильтра в радиальном направлении, т.е. в направлении, перпендикулярном к продольной оси фильтра, тем самым избегая необходимости в камере, расположенной рядом с открытым концом рукавного фильтра, как это имеет место в традиционных конструкциях. Это позволяет корпусу фильтра, т.е. окружающей части канала и сепараторного устройства, быть более компактным, что является преимуществом, в частности, для ручных пылесосов, для которых важными характеристиками являются компактность и малый вес.
Чтобы улучшить возможность доступа к фильтру, входная часть может образовывать колпачок фильтра, который может входить в зацепление с дополняющим его по форме отверстием, образованным сепараторным устройством, так что колпачок фильтра образует наружную поверхность циклонного сепараторного устройства. Таким образом, пользователь способен захватывать верхнюю часть фильтра и вынимать его из сепараторного устройства без удаления сепараторного устройства из основного корпуса пылесоса. Фильтр может, следовательно, проходить вдоль канала от точки над циклонным сепараторным устройством до точки под первой циклонной очистительной ступенью и рядом с основанием сепараторного устройства.
Данное изобретение применимо к пылесосу вертикального и цилиндрического типа, но оно особенно пригодно для ручных пылесосов из-за преимуществ компоновки, которые оно обеспечивает, в частности, в отношении размера и веса сепараторного устройства.
1
1
2
2
Предпочтительно, чтобы циклоны были повернуты или наклонены относительно главной оси (Y). Более конкретно, продольная ось (C) каждого из циклонов в первом наборе вторых циклонов образует первый угол (θ) сходимости с первой осью (Y), и причем продольная ось (С) каждого из циклонов во втором наборе вторых циклонов образует второй угол (θ) сходимости с первой осью (Y), причем второй угол сходимости является меньшим, чем первый угол сходимости.
Чтобы упростить и оптимизировать пути воздушного потока к циклонам, каждый из первого и второго наборов циклонов расположены в кольцевой конфигурации, так чтобы входные отверстия для текучей среды каждого циклона в каждом наборе располагались в общей плоскости.
1
2
1
1
2
2
В его еще одном аспекте данное изобретение обеспечивает сепараторное устройство, содержащее первый циклонный сепараторный блок, включающий в себя по меньшей мере один первый циклон, второй циклонный сепараторный блок, расположенный по потоку после первого циклонного сепараторного блока и включающий в себя множество вторых циклонов, расположенных по текучей среде параллельно вокруг первой оси (Y), причем множество вторых циклонов сгруппированы в по меньшей мере первый набор вторых циклонов, расположенных вокруг первой оси (Y), и второй набор вторых циклонов, расположенных вокруг первой оси (Y). Каждый из циклонов в первом наборе вторых циклонов образует продольную ось (C) и включает в себя входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды, а каждый из циклонов во втором наборе вторых циклонов образует продольную ось (С) и включает в себя входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды. Входные отверстия для текучей среды первого набора вторых циклонов расположены на расстоянии вдоль оси от входных отверстий для текучей среды второго набора вторых циклонов, и причем циклоны первого набора вторых циклонов расположены таким образом, чтобы они проходили вокруг некоторых или всех из циклонов во втором наборе вторых циклонов, так что второй набор вторых циклонов по меньшей мере частично вставлен внутрь первого набора вторых циклонов, причем продольная ось (C) каждого из циклонов в первом наборе вторых циклонов образует первый угол (θ) сходимости с первой осью (Y), и причем продольная ось (С) каждого из циклонов во втором наборе вторых циклонов образует второй угол (θ) сходимости с первой осью (Y), причем второй угол сходимости является меньшим, чем первый угол сходимости.
Эта конфигурация позволяет заключить второй набор вторых циклонов внутрь первого набора вторых циклонов на значительную величину, тем самым позволяя высоте сепараторного устройства быть компактной, в то же время все-таки обеспечивая большое число вторых циклонов малого размера, что способствует увеличению эффективности сепарации.
Предпочтительно, чтобы циклоны каждого из соответствующего набора вторых циклонов располагались в кольцеобразной конфигурации, так чтобы их входные отверстия лежали в общей плоскости.
Чтобы получить меньший диаметр кольцеобразной конфигурации первого, или нижнего, набора вторых циклонов, циклоны второго набора вторых циклонов расположены в радиальной структуре таким образом, что каждый такой циклон расположен между парой циклонов в первом наборе вторых циклонов. В некотором смысле, следовательно, циклоны во втором наборе находятся в промежутках между циклонами в первом наборе, тем самым образуя «взаимную сцепку».
Следует отметить, что предпочтительные и/или опциональные характерные особенности первого аспекта данного изобретения могут сочетаться со вторым аспектом данного изобретения, и наоборот.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления данного изобретения будут теперь описаны только путем примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан вид сбоку ручного пылесоса, выполненного согласно данному изобретению.
На фиг. 2 показан вид сверху пылесоса, изображенного на фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид в вертикальном разрезе через сепараторное устройство, выполненном вдоль линии Α-A на фиг. 2.
На фиг. 4 показан вид в перспективе в разобранном состоянии сепараторного устройства пылесоса, изображенного на фиг. 1 и 2.
На фиг. 5 показан вид, если смотреть вниз внутрь циклонов сепараторного устройства.
На фиг. 6 показан вид в перспективе варианта реализации вихревого направляющего элемента сепараторного устройства.
Осуществление изобретения
Обращаясь вначале к фиг. 1 и 2, ручной пылесос 2 имеет основной корпус 4, который вмещает блок электродвигателя и вентилятора (не показан), расположенный над по существу вертикальной рукояткой или захватом 6. Нижний конец 6а рукоятки 6 поддерживает по существу плитообразный блок 8 аккумуляторной батареи. Ряд выпускных воздушных отверстий 10 предусмотрен на основном корпусе 4 для выброса воздуха из ручного пылесоса 2.
Основной корпус 4 поддерживает циклонное сепараторное устройство 12, которое действует для удаления грязи, пыли и другого мусора из загрязненного воздушного потока, засасываемого в пылесос блоком электродвигателя и вентилятора. Циклонный сепаратор 12 прикреплен к передней части 4а основного корпуса 4, и входной патрубок 14 для воздуха выступает от передней части циклонного сепаратора, которая является удаленной от основного корпуса 4. Входной патрубок 14 для воздуха сконструирован таким образом, что подходящий щеточный инструмент можно съемным образом монтировать к нему, и включает в себя защелку 16 для надежного удержания такого щеточного инструмента, когда инструмент входит в зацепление с входным патрубком. Щеточный инструмент является несущественным для данного изобретения и поэтому не показан здесь.
Циклонное сепараторное устройство 12 расположено между основным корпусом 4 и входным патрубком 14 для воздуха и также между рукояткой 6 и входным патрубком 14 для воздуха. Сепараторное устройство 12 имеет продольную ось Y, которая проходит по существу в вертикальном направлении, так что рукоятка 6 расположена под малым углом относительно оси Y.
Рукоятка 6 выполнена в форме пистолетной рукоятки, которая является удобным интерфейсом для пользователя, поскольку она уменьшает напряжение, прикладываемое к запястью пользователя в процессе очистки. Сепараторное устройство 12 расположено близко к рукоятке 6, что также снижает момент усилия, прикладываемого к запястью пользователя, когда ручной пылесос 2 находится в использовании. Рукоятка 6 имеет выключатель включения/выключения в форме курка 18, предназначенный для включения и выключения электродвигателя пылесоса. При использовании блок электродвигателя и вентилятора засасывает содержащий пыль воздух внутрь пылесоса 12 через входной патрубок 14 для воздуха. Грязь и частицы пыли, увлекаемые внутри воздушного потока, отделяются от воздуха и удерживаются в сепараторном устройстве 12. Очищенный воздух выбрасывается из задней части сепараторного устройства и передается с помощью короткого канала к блоку электродвигателя и вентилятора, расположенному внутри основного корпуса 4, и затем выбрасывается через выходные отверстия 10 для воздуха.
Сепараторное устройство 12, образующее часть ручного пылесоса 2, показано более подробно на фиг. 3, которая представляет собой поперечный разрез через сепараторное устройство 12, выполненный вдоль линии Α-A на фиг. 2, и на фиг. 4, которая показывает в разобранном виде компоненты сепараторного устройства 12. В общем виде сепараторное устройство 12 содержит первый циклонный сепараторный блок 20 и второй циклонный сепараторный блок 22, расположенный по потоку после первого циклонного сепараторного блока 20. В этом примере первый циклонный сепараторный блок 20 проходит вокруг части второго циклонного сепараторного блока 22.
Следует понимать, что конкретная общая форма сепараторного устройства может изменяться согласно типу пылесоса, в котором должно использоваться сепараторное устройство. К примеру, полная длина сепараторного устройства может быть увеличена или уменьшена по отношению к диаметру сепараторного устройства 12.
Сепараторное устройство 12 содержит наружный контейнер 24, образованный наружной стенкой, являющейся по существу цилиндрической по форме и проходящей вокруг продольной оси Y сепараторного устройства 12. Наружный контейнер 24 является предпочтительно прозрачным, так чтобы компоненты сепараторного устройства 12 можно было видеть сквозь него.
Нижний конец наружного контейнера 24 закрывается основанием 26 контейнера, которое с возможностью поворота прикреплено к наружной стенке 24 с помощью шарнирного соединения 28 и удерживается в закрытом положении защелкой 30. Радиально внутри и коаксиально с наружной стенкой 24 находится вторая цилиндрическая стенка 32, так что кольцевая камера 34 образуется между этими двумя стенками. Вторая цилиндрическая стенка 32 входит в зацепление с основанием 26 и герметично прижимается к нему, когда оно закрыто. Верхняя часть кольцевой камеры 34 образует цилиндрический циклон первого циклонного сепараторного блока 20, а нижняя часть кольцевой камеры образует емкость для сбора пыли первого циклонного сепараторного блока 20.
Входное отверстие 36 контейнера обеспечено на верхнем конце камеры 34 для приема воздушного потока от входного патрубка 14 для воздуха. Хотя это не показано на чертежах, входное отверстие 36 контейнера расположено по касательной к камере 34, так чтобы обеспечить, что входящий грязный воздух нагнетается для движения вдоль винтовой траектории вокруг камеры 34.
Выходной патрубок для текучей среды обеспечен в наружном контейнере в виде по существу цилиндрического кожуха 38. Более конкретно, кожух имеет верхнюю стенку 38а в форме усеченного конуса, которая сужается по направлению к нижней цилиндрической стенке 38b, которая проходит вниз в камеру 34. Юбка 38с проходит вниз от наружной части цилиндрической стенки и сужается наружу по направлению к наружной стенке 24. Нижняя стенка 38с кожуха является перфорированной, следовательно, обеспечивая единственный выходной проем для текучей среды из камеры 34.
Вторая кольцевая камера 40 расположена сзади кожуха 38 и обеспечивает коллектор, из которого воздушный поток, проходящий через кожух 38 от первого сепараторного блока 20, подается ко второму циклонному сепараторному блоку 22 через множество воздуховодов или каналов 74, образованных центрально расположенной опорной конструкцией 42 циклонов. Второй циклонный сепараторный блок 22 содержит множество циклонов 50, расположенных по текучей среде параллельно, предназначенных для приема воздуха от первого циклонного сепараторного блока 20. В этом примере циклоны 50 являются по существу идентичными по размеру и форме, причем каждый из них содержит цилиндрическую часть 50а и конусную часть 50b, проходящую вниз от нее (только один циклон показан на фиг.3 для ясности). Цилиндрическая часть 50а содержит входное отверстие 50с для воздуха, предназначенное для приема текучей среды из одного из каналов 74. Сужающаяся часть 50b каждого циклона имеет форму усеченного конуса и заканчивается в отверстии 52 конуса на его нижнем конце, через которое при использовании выбрасывается пыль во внутреннее пространство опорной конструкции 42 циклона. Выходной патрубок для воздуха в виде вихревого направляющего элемента 60 обеспечен на верхнем конце каждого циклона 50, чтобы позволить воздуху выходить из циклона. Каждый вихревой направляющий элемент 60 проходит вниз от вихревого направляющего элемента 62, как будет объяснено ниже.
Как ясно показано на фиг. 3 и 4, циклоны второго циклонного сепараторного блока 22 сгруппированы в первый набор 70 вторых циклонов и второй набор 72 вторых циклонов. Хотя это не необходимо для данного изобретения, в этом варианте осуществления данного изобретения первый набор 70 циклонов содержит большее число циклонов (десять в общей сложности), чем второй набор 72 циклонов (пять в общей сложности).
Каждый набор 70, 72 циклонов расположен в кольцевой конфигурации или «кольце», центр которого находится на продольной оси Y сепараторного устройства. Первый набор 70 циклонов имеет большее число циклонов, так что он образует относительно большое кольцо циклонов, внутрь которого второй набор циклонов частично вставляется или «вкладывается». Выражаясь иным образом, каждый циклон в первом наборе вторых циклонов расположен на окружности воображаемого круга, имеющего первый диаметр, а каждый циклон во втором наборе вторых циклонов расположен на окружности воображаемого круга, имеющего второй диаметр, причем второй диаметр меньше, чем первый диаметр. Таким образом, второй или «верхний» набор 72 циклонов расположен или «вставлен» внутрь нижнего набора 70 циклонов. Кроме того, следует отметить, что в этом варианте осуществления данного изобретения каждый из циклонов в первом и втором наборах 70, 72 выровнены аксиально, так что входные отверстия 50с каждого набора циклонов лежат в общей плоскости.
Отметим, что на фиг. 4 изображены первый и второй наборы 70, 72 циклонов в разобранном виде для ясности, тогда как на фиг. 3 показано относительное расположение первого и второго наборов циклонов, когда они находятся во вставленном, но расположенном на расстоянии друг от друга вдоль оси положении, так что второй набор циклонов может рассматриваться как «наложенный» на первый набор циклонов.
1
1
2
2
2
1
1
2
Каждый циклон 50 обоих наборов имеет продольную ось С, которая наклонена вниз и в направлении к продольной оси Y наружной стенки 52. Более конкретно, продольная ось C каждого из циклонов в первом наборе вторых циклонов образует первый угол сходимости (θ) с осью Y, а продольная ось С каждого из циклонов во втором наборе вторых циклонов образует второй угол сходимости (θ) с осью Υ. Чтобы обеспечить большую степень вставки второго набора циклонов в первый набор циклонов, все продольные оси С второго набора 72 циклонов наклонены к продольной оси Y наружной стенки под меньшим углом, чем продольные оси C первого набора 70 циклонов. В этом варианте осуществления данного изобретения угол сходимости θ составляет приблизительно 20°, а угол сходимости θ составляет приблизительно 5°, хотя следует понимать, что эти величины являются только примерами. Большая разница между углами сходимости позволит обеспечить большую степень вставки второго набора вторых циклонов внутрь первого набора вторых циклонов.
Обращаясь теперь к фиг. 5, а конкретно к наружному кольцу, образованному первым набором 70 циклонов, можно видеть, что эти циклоны сгруппированы в поднаборы 70а, каждый из которых содержит по меньшей мере два циклона. В этом примере каждый поднабор циклонов содержит соседнюю пару циклонов, так что первый набор 70 циклонов разделен на пять поднаборов 70а циклонов, циклоны одного поднабора 70b из которых расположены на большем расстоянии друг от друга, чем другие. Внутри каждого поднабора 70а циклоны расположены таким образом, что их входные отверстия 50с для воздуха расположены напротив друг друга. Поднабор 70b циклонов расположен таким образом, что на задней части сепараторного устройства 12 они расположены на расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить прохождение выпускного канала 94, как будет объяснено ниже.
В этом примере каждый поднабор 70а, 70b циклонов предназначен для приема воздушного потока из соответствующего одного из множества каналов 74, образованных опорной конструкцией 42 для циклонов, через которые воздух протекает из кольцевой камеры 40, расположенной позади кожуха 38, к входным отверстиям 50с для воздуха соответствующих циклонов.
Будет также отмечено из фиг. 5, что циклоны 50 во втором наборе 72 циклонов также расположены в кольцеобразной радиальной структуре и распределены кольцевым образом, так что каждый циклон располагается между соседней парой циклонов в первом наборе 70 циклонов. Кроме того, соответствующие входные отверстия 50с второго набора циклонов ориентированы таким образом, чтобы они располагались напротив соответствующего одного из каналов 74, который подает воздух также к первому набору 70 циклонов. Поскольку входные отверстия 50с для воздуха как первого, так и второго наборов циклонов получают воздух из канала 74, который проходит от одной и той же кольцевой камеры 40, первый и второй наборы циклонов могут рассматриваться как соединенные по текучей среде параллельно.
Обращаясь снова к фиг. 3 и 4, вихревые направляющие элементы 60 образованы короткой цилиндрической трубкой, которая проходит вниз в верхнюю зону соответствующего циклона 50. Каждый вихревой направляющий элемент 60 ведет в соответствующий один из множества воздушных каналов или «вихревых пальцев» 80, образованных в виде радиально распределенной структуры выпускной камерой или коллектором 82, расположенным на верху сепараторного устройства 12, который служит для направления воздуха из выходных отверстий циклонов к центральному отверстию 84 коллектора 82. Отверстие 84 образует верхний проем первой части выходного канала 88 сепараторного устройства, в который вставляется фильтрующий элемент 86. В этом варианте осуществления данного изобретения фильтрующий элемент 86 представляет собой удлиненный трубчатый фильтр или «рукавный фильтр», который вставляется внутрь канала 88, проходит через сепараторное устройство воль оси Y и ограничен третьей цилиндрической стенкой 90, образованной опорной конструкцией 42 для циклона. Как показано, фильтрующий элемент 86 проходит вдоль канала 88 до точки под первой циклонной очистительной ступенью и рядом с основанием сепараторного устройства. Нижняя часть выходного канала 88 примыкает или переходит во вторую часть, которая проходит на удаление от канала 88 в радиальном направлении и образует выпускной проход 94.
Третья цилиндрическая стенка 90 расположена радиально внутри второй цилиндрической стенки 32 и находится на расстоянии от нее, так чтобы образовать третью кольцевую камеру 92. Верхняя зона опорной конструкции 42 для циклона обеспечивает монтажную конструкцию 93 для циклонов, к которой монтируют конические патрубки 52 циклонов второго циклонного сепараторного блока 22, так что они сообщаются с внутренним пространством опорной конструкции 42. Таким образом, при использовании пыль, отделенная циклонами 50 второго циклонного сепараторного блока 22, выбрасывается через конические патрубки 52 и собирается в третьей кольцевой камере 92. Камера 92, следовательно, образует контейнер для сбора пыли второго циклонного сепараторного блока 22, который можно опорожнять одновременно с контейнером для сбора пыли первого циклонного сепараторного блока 20, когда основание 20 перемещают в открытое положение.
Во время использования пылесоса содержащий пыль воздух входит в сепараторное устройство 12 через входное отверстие 36 контейнера. Благодаря расположению по касательной входного отверстия 36 контейнера содержащий пыль воздух следует по спиральной траектории вокруг наружной стенки 24. Более крупные частицы грязи и пыли осаждаются за счет центробежного действия циклона в первой кольцевой камере 34 и собираются на дне камеры 34 в контейнере для сбора пыли. Частично очищенный содержащий пыль воздух выходит из первой кольцевой камеры 34 через перфорированный кожух 38 и входит во вторую кольцевую камеру 40. Частично очищенный воздух затем втекает в воздушные каналы 74 опорной конструкции 42 для циклонов и передается к входным отверстиям 50 с для воздуха первого и второго наборов 70, 72 циклонов. Циклонная сепарация осуществляется внутри двух наборов 70, 72 циклонов, для того чтобы отделить относительно мелкие частицы пыли, все еще содержащиеся внутри воздушного потока.
Частицы пыли, отделенные от воздушного потока первым и вторым наборами 70, 72 циклонов, осаждаются в третьей кольцевой камере 92, также известной под названием коллектора тонкой очистки. Дополнительно очищенный воздух затем выходит из циклонов через вихревые направляющие элементы 60 и проходит внутрь коллектора 82, из которого воздух входит в рукавный фильтр 86 в центральном канале 88, и из него проходит внутрь выпускного канала 94 циклонного сепаратора, с помощью которого очищенный воздух способен выходить из сепараторного устройства.
Как можно видеть на фиг. 3 и 4, фильтр 86 содержит верхнюю монтажную часть 86а и нижнюю фильтрующую часть 86b, которая выполняет функцию фильтрации и поэтому изготовлена из подходящей сетки, вспененного или волокнистого фильтровального материала. Верхняя монтажная часть 86а поддерживает фильтрующую часть 86b и также служит для монтажа фильтра 86 внутри канала 88 путем зацепления с отверстием 84 выпускного коллектора 82. Фильтр 86, следовательно, проходит в канале 88 вдоль главной оси Y сепараторного устройства. Монтажная часть 86а образует кольцевой наружный обод, который содержит уплотнительный элемент 96, например, в виде уплотнительного кольца круглого сечения, с помощью которого монтажная часть вставляется разъемным образом, но надежно внутрь отверстия 84 коллектора, просто за счет плотной посадки. Поскольку монтажная часть 86а является кольцевой, то отсутствует ограничение на угловую ориентацию фильтра, что помогает пользователю в повторной установке фильтра. Хотя здесь не показано, следует понимать, что фильтр 86 мог бы также быть снабжен блокировочным механизмом, если желательно более прочно удерживать фильтр в нужном положении. К примеру, монтажная часть 86а для фильтра могла бы иметь крепежную конструкцию поворотной блокировки, так чтобы фильтр можно было бы поворачивать в первом направлении для его блокировки в заданном положении внутри отверстия 84 и поворачивать в противоположном направлении для разблокирования фильтра.
Монтажная часть 86а также включает в себя кольцевую верхнюю секцию, снабженную отверстиями или окнами 100, распределенными вдоль ее окружности, причем отверстия 100 обеспечивают путь для входа воздуха во внутреннее пространство фильтрующего элемента 86. Уплотнительный элемент 96 предотвращает вход воздушного потока в зону фильтра снаружи сепараторного устройства. Предпочтительно отверстия 100 распределены в круговом направлении вокруг периферии монтажной части 86а и расположены таким образом, чтобы быть аксиально выровненными с соответствующим одним из радиально распределенных вихревых пальцев 80 коллектора 82, что означает, что воздух может протекать по существу непрерывно от концов вихревых пальцев 80 в соседнее одно из входных отверстий 100 фильтра 86. Воздух, следовательно, втекает в фильтр 86 в радиальном направлении через отверстия 100, после чего воздух втекает вниз во внутреннее пространство фильтра 86 и затем выходит сквозь цилиндрическую фильтровальную среду в радиальном направлении. Второй уплотнительный элемент 97, также в виде уплотнительного кольца круглого сечения, расположен в кольцевой канавке на наружной поверхности монтажной части 86а, таким образом, проходя по окружности вокруг монтажной части 86А, тем самым предотвращая протекание воздух вниз по боковой стороне фильтра от входной секции.
После его вытекания из фильтра 86 очищенный воздух затем перемещается в канал 88 и, таким образом, вверх по выпускному каналу 94 и выбрасывается из сепараторного устройства через выходной порт 101, расположенный на задней части сепараторного устройства в конце прохода 94. Следует отметить, что выпускной проход 94 выполнен такой формы, чтобы он имел по существу наклонную ориентацию относительно центральной оси Y канала 88 и поднимался до требуемого положения, так что он лежит между двумя самыми задними циклонами на первом наборе 70 циклонов. Выходной порт 101 выпускного прохода 94 сориентирован по существу горизонтально и в направлении назад от сепараторного устройства 12 и выровнен на оси 103, которая является по существу перпендикулярной к продольной оси Y сепараторного устройства 12. Выходной порт 101 выбрасывает воздух во входное отверстие блока электродвигателя и вентилятора, когда сепараторное устройство 12 присоединено к основному корпусу 4.
Конфигурация входного отверстия для радиального воздушного потока к фильтру позволяет корпусу фильтра быть более компактным, поскольку альтернатива обеспечения втекания воздуха в фильтр в осевом направлении требует наличия камеры над входным концом фильтра для направления воздуха в верхнюю часть фильтра. Фильтр данного изобретения, следовательно, не нуждается в такой камере, что позволяет снизить высоту корпуса фильтра.
После описания общего назначения сепараторного устройства специалист в данной области техники поймет, что оно включает в себя две отдельные ступени циклонной очистки. Во-первых, первый циклонный сепараторный блок 12 содержит единственный цилиндрический циклон 20, имеющий сравнительно большой диаметр, чтобы заставить отделять относительно большие частицы грязи и мусора от воздуха за счет действия сравнительно небольших центробежных сил. Большая часть более крупного мусора будет надежно осаждаться в контейнере 34 для сбора пыли.
Во-вторых, второй циклонный сепараторный блок 22 содержит пятнадцать циклонов 50, каждый из которых имеет существенно меньший диаметр, чем цилиндрический первый циклонный блок 20, и поэтому способен отделять более мелкие частицы грязи и пыли благодаря более высокой скорости воздушного потока в нем. Эффективность сепарации этих циклонов, следовательно, является значительно более высокой, чем эффективность сепарации цилиндрического первого циклонного блока 20.
Теперь обратимся также к фиг. 6, на которой показан более подробно вихревой направляющий элемент 62. Вихревой направляющий элемент 62 является по существу пластинообразным по форме и выполняет две основные функции. Его основная функция состоит в обеспечении средств, с помощью которых воздух направляется из циклонов 50 в направленном вверх закрученном столбе воздуха, а затем - в направлении воздушного потока, выходящего из циклонов 50, к соответствующей зоне на соседнем выпускном коллекторе 82. Во-вторых, он служит для уплотнения верхнего конца циклонов 50, так чтобы воздух не мог вытекать, ответвляясь от основного воздушного потока внутри циклонов.
2
Более подробно, вихревая направляющая пластина 62 данного изобретения содержит верхнюю и нижнюю вихревые направляющие части 62а, 62b, причем каждая из этих частей обеспечивает вихревые направляющие элементы 60 для соответствующих циклонов в первом и втором наборах 70, 72 циклонов. Первая верхняя вихревая направляющая часть 62а включает в себя пять плоских сегментов 102, сформированных в кольцо, так чтобы образовать центральное отверстие 104, соответствующее по форме центральному отверстию 84 выпускного коллектора 82. Каждый из верхних сегментов 102 образует центральный проем 106 (только два из которых обозначены для ясности), от которых проходят цилиндрические вихревые направляющие элементы 60. Как можно ясно видеть на фиг. 3, вихревые направляющие элементы 60, связанные со вторым набором 72 циклонов, расположены внутри выходного конца циклонов и коаксиально относительно оси С циклонов. Соответственно сегменты 102 в первом кольце немного утоплены вниз относительно горизонтальной плоскости. Наружный край сегментов 102 образует проходящую вниз стенку или юбку 108, нижний конец 108а которой образует внутреннюю кромку нижней вихревой направляющей части 62b.
1
1
Нижняя вихревая направляющая часть 62b содержит десять сегментов 110 в общей сложности (только три из которых обозначены для ясности), соответствующих числу циклонов в первом наборе циклонов 70. Опять же, каждый сегмент 110 включает в себя центральный проем 112, от которого проходит соответствующий один из вихревых направляющих элементов 60. Со ссылкой на фиг. 3, следует отметить, что вихревые направляющие элементы 60 нижней вихревой направляющей части 62b расположены коаксиально внутри верхнего конца каждого соответствующего циклона в первом наборе 70, так чтобы они имели центры на оси C циклонов. Следовательно, каждый сегмент 110 наклонен вниз относительно первого кольца, так что плоскость сегмента 110 является перпендикулярной к оси С.
Из вышеуказанного будет понятно, что каждый из вихревых направляющих элементов для установленных друг на друга наборов циклонов снабжен общей вихревой направляющей пластиной. Такая конструкция улучшает уплотнение выходных отверстий циклонов, поскольку единственная вихревая направляющая пластина может быть собрана как на верхнем, так и на нижнем наборах циклонов, что снижает вероятность утечек воздуха, которые могли бы происходить, если бы вихревые направляющие элементы для каждого набора циклонов были снабжены отдельной вихревой направляющей пластиной.
Чтобы прикрепить вихревую направляющую пластину 62 ко второму циклонному сепараторному блоку 22, бобышки 111 предусмотрены на нижней части 62b вихревого направляющего элемента. Винтовые крепежные элементы могут затем проходить через бобышки 111 для зацепления с соответствующими выступами 113 (показаны на фиг. 5), обеспеченными на нижнем наборе 72 циклонов. При сборке подходящие резиновые уплотнительные кольца 115а, 115b устанавливают таким образом, чтобы они были зажаты между верхней поверхностью второго циклонного сепараторного блока 22 и нижней стороной вихревой направляющей пластины 62. Хотя различные материалы могут использоваться для уплотнительных колец, например натуральный материал на основе волокон, предпочтительным является упругий полимерный материал. Будет отмечено, что поскольку пластина 62 для вихревых направляющих элементов крепится непосредственно к нижнему набору 72 циклонов, то прокладки 115а, 115b и второй набор 70 циклонов зажаты между ними. В результате того что прокладки и вихревая направляющая пластина крепятся без необходимости дополнительных крепежных элементов, это уменьшает количество деталей сепараторного устройства в целом, а также снижает вес и сложность изготовления.
В этом варианте осуществления данного изобретения каждый сегмент вихревого направляющего элемента как в нижней, так и в верхней частях 62а, 62b отделен от соседнего с ним сегмента линией ослабления (линией наименьшего сопротивления), чтобы обеспечить степень относительного перемещения между ними. Линии ослабления обеспечивают сегментам 102, 110 элемент «люфта», так чтобы они могли найти естественное положение на верху циклонов, когда сепаратор собирают. Однако следует отметить, что эти линии ослабления не являются необходимыми для данного изобретения и вихревой направляющий элемент мог бы вместо этого изготавливаться жестким с ограниченной гибкостью или без гибкости между сегментами. Подходящим материалом для вихревого направляющего элемента являются любые достаточно жесткие пластики, например акрилонитрил бутадиен стирол (ABS).
Специалист в данной области техники поймет, что различные модификации могут быть сделаны в идее изобретения без отхода от объема данного изобретения, определяемого формулой изобретения.
К примеру, хотя вихревая направляющая пластина была описана здесь как образованная множеством взаимно соединенных и неразъемных сегментов, опционально отделенных линиями ослабления, вихревая направляющая пластина могла бы также быть образована из непрерывных кольцевых элементов без отличающих их особенностей.
Со ссылкой на фильтрующий элемент 86, следует отметить, что в конкретном варианте осуществления данного изобретения, описанном выше, фильтрующий элемент 86 снабжен множеством отверстий 100, распределенных вокруг его окружности для обеспечения пути радиального воздушного потока для того, чтобы воздух входил во внутреннее пространство фильтра, причем отверстия 100 выровнены с соответствующим одним из радиально распределенных вихревых пальцев 80 коллектора 82. Однако следует понимать, что выравнивание не является необходимым и число отверстий в фильтре 86 не обязательно должно совпадать с числом вихревых пальцев 80. Одна возможность, например, заключается в том, что единственное отверстие могло бы проходить по окружности вокруг входной части фильтра. Следует отметить, к примеру, что преимущества воздушного потока могут быть получены путем уменьшения числа отверстий с одновременным увеличением площади отверстий. Важная характерная особенность заключается в том, что воздух способен втекать радиально внутрь фильтрующего элемента для достижения внутреннего пространства фильтра и затем протекать аксиально внутри трубчатой конструкции, образованной фильтровальной средой, перед тем как пройти через стенку фильтровальной среды. Это предотвращает необходимость в камере, которая должна обеспечиваться над фильтром.
Кроме того, хотя фильтрующая часть 86b была описана как цилиндрическая, она может быть также конической или в форме усеченного конуса, так что фильтрующая часть 86b сужается к ее нижнему концу 85с, который имеет меньший диаметр по сравнению с ее верхним, или входным, концом. Сужающаяся фильтрующая часть 86b может быть преимущественной в сопротивлении деформации благодаря зоне сравнительно уменьшенного давления в выходном канале 94, которая может иметь тенденцию к приданию «изогнутой» формы фильтрующей части 86b при использовании.