專利名稱：用于從流體流中分離顆粒的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從流體流中分離顆粒的設(shè)備。特別地但不是唯一地，本發(fā)明涉及從空氣流中分離例如污物和灰塵顆粒的顆粒的設(shè)備。
使用旋風(fēng)分離器從一流體流中分離污物和灰塵顆粒的顆粒已為人所知。已知的旋風(fēng)分離器例如使用在真空清潔器中，并已知包括一用于分離絨毛和相對大顆粒的低效率旋風(fēng)分離器和一位于該低效率旋風(fēng)分離器下游的用于分離保持夾帶在空氣流中的細(xì)小顆粒的高效率旋風(fēng)分離器(見例如EP 0 042 723B)。已知在真空清潔設(shè)備中設(shè)置一上游旋風(fēng)分離器與多個小的下游旋風(fēng)分離器相結(jié)合，該下游旋風(fēng)分離器布置成相互平行。此類型的布置表示并描述在授予Davis的US 3,425,192中。
在真空清潔器應(yīng)用中，特別是在家用真空清潔器應(yīng)用中，希望該用具盡可能制造得緊湊而不有損該用具的性能。同樣希望包含在該用具內(nèi)的分離設(shè)備盡可能有效率(即從該空氣流中分離細(xì)小灰塵顆粒部分盡可能高)。因此本發(fā)明的目的在于提供用于從一流體流中分離顆粒的改進(jìn)的設(shè)備。本發(fā)明的另一目的在于提供用于從一流體流中分離顆粒的設(shè)備，該設(shè)備具有改進(jìn)的分離效率或壓力降，并具有緊湊的布置。本發(fā)明的再一目的在于提供用于從一流體流中分離顆粒并適于使用在家用真空清潔器中的改進(jìn)的設(shè)備。
本發(fā)明提供用于從一流體流中分離顆粒的設(shè)備，其包括一上游旋風(fēng)分離器和多個相互平行布置的下游旋風(fēng)分離器，其特征在于每個下游旋風(fēng)分離器至少部分伸出加熱該上游旋風(fēng)分離器的內(nèi)部。
本發(fā)明的布置通過多個平行的旋風(fēng)分離器可實現(xiàn)高的分離效率，同時還允許該上游和下游旋風(fēng)分離器的結(jié)合緊湊組裝。這使得該設(shè)備可使用在例如家用真空清潔器的用具中。
優(yōu)選的是，每個下游旋風(fēng)分離器伸入該上游旋風(fēng)分離器的內(nèi)部的距離等于各自下游旋風(fēng)分離器長度的至少三分之一。更優(yōu)選的是，每個下游旋風(fēng)分離器伸入該上游旋風(fēng)分離器的內(nèi)部的距離等于各自下游旋風(fēng)分離器長度的至少一半。再更優(yōu)選的是，每個下游旋風(fēng)分離器伸入該上游旋風(fēng)分離器的內(nèi)部的距離等于各自下游旋風(fēng)分離器長度的至少三分之二。在一優(yōu)選實施例中，每個下游旋風(fēng)分離器大致完全位于該上游旋風(fēng)分離器中。這些布置導(dǎo)致方便和緊湊組裝的解決方案。
本發(fā)明的實施例現(xiàn)將參考附圖描述，其中

圖1是本發(fā)明第一實施例的設(shè)備的示意透視圖；圖2a是通過本發(fā)明第二實施例的設(shè)備的縱向截面圖；圖2b是沿圖2a的II-II線剖取的截面圖；圖3a是通過本發(fā)明第三實施例的設(shè)備的縱向截面圖；圖3b是沿圖3a的III-III線剖取的截面4a是通過本發(fā)明第四實施例的設(shè)備并沿圖4b的IV-IV線剖取的縱向截面圖；圖4b是沿圖4a的IV-IV線剖取的橫向截面圖；圖5a是通過本發(fā)明第五實施例的設(shè)備并沿圖5b的V-V線剖取的縱向截面圖；以及圖5b是沿圖5a的V-V線剖取的橫向截面圖。
本發(fā)明的基本原理表示在圖1中。在圖1中，用于從一流體流中分離顆粒的設(shè)備10包括一具有上端部14和底部16的上游旋風(fēng)分離器12。側(cè)壁18在該上端部14和底部16之間延伸。側(cè)壁18是截頂圓錐形，使得上游旋風(fēng)分離器12向外離開上端部14縮小。切向入口20能夠在與側(cè)壁18成切向的方向上傳遞充滿顆粒的流體到上游旋風(fēng)分離器12的內(nèi)部，以便在上游旋風(fēng)分離器12內(nèi)部建立渦流。在意欲使用設(shè)備10的許多場合中，該流體是空氣，并且該顆粒是例如將在室內(nèi)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的污物和灰塵。
上游旋風(fēng)分離器12具有出口(為示出)，該出口位于上端部14的中央，并與上游旋風(fēng)分離器12相連通。該出口包括一通常圓柱形管，該管從上游旋風(fēng)分離器12的上端部14垂直向上延伸。該出口以對稱和均布的方式分成四個管道24。每個入口管道24尺寸構(gòu)造并布置成以便容納從上游旋風(fēng)分離器12流經(jīng)該出口的任何流體流的四分之一。
每個入口管道24與一下游旋風(fēng)分離器26相連通。每個下游旋風(fēng)分離器26具有一上圓柱部分28，各自入口管道24以切向方式與該部分連通。一截頂圓錐旋流部分30從每個上圓柱部分28垂下并具有一與之遠(yuǎn)離的開放的錐形開口32。每個下游旋風(fēng)分離器26具有一縱向軸線(未示出)，各自上圓柱部分28和截頂圓錐部分30圍繞該軸線布置。四個下游旋風(fēng)分離器26與垂直方向傾斜，使其縱軸在向下的方向相互接近。錐形開口32因此相互靠近布置并圍繞上游旋風(fēng)分離器12的縱向軸線對稱。
每個截頂圓錐部分30通過上游旋風(fēng)分離器12的上端部14。在上端部14，布置有四個適當(dāng)尺寸的孔31。每個截頂圓錐旋流部分30以保持其間密封的方式固定在各孔31的邊緣上。
圓柱形收集器34布置在上游旋風(fēng)分離器12的內(nèi)部。圓柱形收集器34在上游旋風(fēng)分離器12的底部16之間延伸并在略微高于錐形開口32的位置上與下游旋風(fēng)分離器的截頂圓錐旋流部分30相遇。盡管沒有在圖1中示出，圓柱形收集器34具有一上表面，截頂圓錐旋流部分30的下端部以將圓柱形收集器34的內(nèi)部與上游旋風(fēng)分離器12的內(nèi)部其余部分密封的方式通過該表面。
四個下游旋風(fēng)分離器26的每個具有一出口管道26，該管道位于各自上圓柱部分28的中央。出口管道36在結(jié)合部38相遇以便形成合成的出口40。通過切向入口20進(jìn)入設(shè)備10的流體通過結(jié)合出口40排出。在一些應(yīng)用中，例如在真空清潔器應(yīng)用中，結(jié)合出口40將以已知的方式連接到一真空源上。
所述設(shè)備10以下述方式操作。夾帶有顆粒的流體流通過切向入口20進(jìn)入設(shè)備10。切向入口20的定向造成流體流跟隨上游旋風(fēng)分離器12內(nèi)的一螺旋路徑，使得該流體流向下朝向底部16流動。夾帶在進(jìn)入流體流內(nèi)的相對大的顆粒沉積在上游旋風(fēng)分離器12內(nèi)部的靠近底部16的下部分中。一直夾帶有更小顆粒的流體流向內(nèi)并向上朝向上游旋風(fēng)分離器12的上端部14運動。該流體流通過該出口(未示出)流出上游旋風(fēng)分離器12，其中流體流運動直到其分成四個獨立的流體流，該獨立的流體流沿著入口管道24進(jìn)入下游旋風(fēng)分離器26。當(dāng)流體流的每部分到達(dá)各自下游旋風(fēng)分離器26的上圓柱部分28時，由于入口管道24的切向定向，流體流再次跟隨其中一螺旋路徑。接著該流體流跟隨另一螺旋路徑沿下游旋風(fēng)分離器26的截頂圓錐旋流部分30向下，并此時許多細(xì)小顆粒從該流體流中分離出。分離的細(xì)小顆粒沉積在圓柱部分34的內(nèi)側(cè)，同時沒有顆粒的流體通過出口管道36離開下游旋風(fēng)分離器26。分離后的流體流在結(jié)合部38重新結(jié)合并通過結(jié)合出口40離開設(shè)備10。
在此實施例中，下游旋風(fēng)分離器26伸入上游旋風(fēng)分離器12的內(nèi)部達(dá)到一定程度，使得每個下游旋風(fēng)分離器26長度的大約三分之一位于上游旋風(fēng)分離器12的內(nèi)部。該布置是緊湊，高效的，并因此適合用于尺寸盡可能小的場合中。這種應(yīng)用的一個例子是家用真空清潔器，其中尺寸和重量的要求是非常重要的。在這種應(yīng)用中，結(jié)合出口40將連接到一真空源上，并且切向入口20將連接到真空清潔器的污物空氣入口上。在一圓柱形真空清潔器中，該污物空氣入口將采用軟管和長桿組件的形式。在直立式真空清潔器中，該污物空氣入口將采用形成該真空清潔器一部分的清潔頭的整體形式。布置當(dāng)然可制在直立式真空清潔器中以便轉(zhuǎn)換成柱面模式的操作。該真空清潔器的操作模式對于所述設(shè)備沒有影響。
在所有真空清潔器應(yīng)用中，所述設(shè)備10將需要周期性地排空分離的顆粒。其實現(xiàn)的一種方法是將底部16布置成從側(cè)壁18上拆卸下用于排空目的。在這種情況下，如果圓柱形收集器34主要由與底部16相遇并與其抵靠的圓柱形壁形成是特別有利的。圓柱形收集器34的內(nèi)部因此由底部36限界在該下端部。這使得圓柱形收集器34和上游旋風(fēng)分離器12兩者同時排空。另外，上游旋風(fēng)分離器12制成在上端部14和底部16之間、最好是上端部14的附近的一位置上可分開。有利地定位該分開點使得上端部14、結(jié)合有切向入口20的側(cè)壁18的一部分和下游旋風(fēng)分離器26一起可與和圓柱形收集器34在一起的側(cè)壁18的其余部分分開。
本發(fā)明的第二實施例表示在圖2a和2b中。在此實施例中，上游旋風(fēng)分離器112也具有上端部114和底部116。側(cè)壁118是圓柱形使得上游旋風(fēng)分離器112的整體形狀也是圓柱形的。一切向入口120也設(shè)置在上游旋風(fēng)分離器112的上端部114的附近。
在此實施例中，只設(shè)置兩個下游旋風(fēng)分離器126。因此，從上游旋風(fēng)分離器112的出口122只分成兩個獨立的入口管道124。入口管道124每個以切向方式與各自下游旋風(fēng)分離器126的上圓柱部分128連通。
在此實施例中，每個下游旋風(fēng)分離器的縱向軸線與上游旋風(fēng)分離器122的縱向軸線144平行。每個下游旋風(fēng)分離器126具有從截頂圓錐旋流部分130垂下的通常圓柱形的收集器134。每個圓柱形收集器134從截頂圓錐旋流部分130僅高于錐形開口132處向下延伸到上游旋風(fēng)分離器112的底部116。每個下游旋風(fēng)分離器126同樣具有一出口管道136，該出口管道位于各自上圓柱部分128的中央，并與其他出口管道會合以便形成一結(jié)合出口140。
設(shè)備110的操作表示在圖2a和2b中，其類似于圖1所示設(shè)備10的操作。其中夾帶有需要分離的顆粒的流體通過切向入口120進(jìn)入旋風(fēng)分離器112。該流體跟隨一螺旋路徑沿上游旋風(fēng)分離器112的圓柱形側(cè)壁118向下，并且更大的顆粒沉積在上游旋風(fēng)分離器112的靠近底部116的內(nèi)側(cè)。于是部分清潔的流體通過出口122離開上游旋風(fēng)分離器112，并且該流體流接著分成兩個獨立的流體流。每個獨立的流體流接著引導(dǎo)到下游旋風(fēng)分離器126中，其中該流體流跟隨一圍繞上圓柱部分128和截頂圓錐旋流部分130的螺旋路徑，在此期間該流體流加速到高的角速度。以此方式，細(xì)小顆粒從該流體流中分離出，并沉積在圓柱形收集器134中。該清潔后的流體流通過出口管道136并隨后通過結(jié)合出口140離開下游旋風(fēng)分離器126。
從圖2a可以看出，下游旋風(fēng)分離器126通過其上端部114伸入上游旋風(fēng)分離器112。該布置使得下游旋風(fēng)分離器126伸入上游旋風(fēng)分離器112到達(dá)一程度，使得每個下游旋風(fēng)分離器126長度的大約三分之二位于上游旋風(fēng)分離器112的內(nèi)部。該布置提供一非常緊湊和有用的布置，其中上游旋風(fēng)分離器112的效率不會很大程度的損失。在其他方面，設(shè)備110類似于圖1所示的設(shè)備10及其描述。
本發(fā)明的第三實施例表示在圖3a和3b中。在此實施例中，如圖1所示的實施例，設(shè)備210包括一上游旋風(fēng)分離器212和四個下游旋風(fēng)分離器226。同樣，如圖1所示，下游旋風(fēng)分離器226的縱軸242朝向上游旋風(fēng)分離器212的縱向軸線244傾斜。在圖1所示的實施例和圖3a和3b所示的實施例之間的另一類似處在于所有四個下游旋風(fēng)分離器226具有錐形開口232，該開口由單一圓柱形收集器234圍繞和包圍。
圖1所示的設(shè)備10和圖3a和3b所示的設(shè)備210之間有兩個主要不同點。在圖3a和3b所示的設(shè)備210中，上游旋風(fēng)分離器212的側(cè)壁218是截頂圓錐形并從上端部214朝向底部216向內(nèi)縮小。因此，上游旋風(fēng)分離器212的內(nèi)部具有一通常向內(nèi)縮小的構(gòu)形。
圖1所示的設(shè)備10和圖3a和3b所示的設(shè)備210之間的第二不同點在于，在圖3a和3b所示的設(shè)備210中，每個下游旋風(fēng)分離器226伸入上游旋風(fēng)分離器212的內(nèi)部達(dá)到一程度，使得每個下游旋風(fēng)分離器226長度的大約二分之一位于上游旋風(fēng)分離器212的內(nèi)部。這與上游旋風(fēng)分離器212的向內(nèi)縮小的形狀相結(jié)合以便提供設(shè)備210的另一緊湊和經(jīng)濟(jì)布置。
設(shè)備210的操作類似于上面詳細(xì)描述的設(shè)備的操作。
本發(fā)明的第四實施例表示在圖4a和4部中。在此實施例中，設(shè)備310包括一上游旋風(fēng)分離器312，該分離器具有一上端部314和一底部316。底部316包括一中央圓形部分316a和一向上延伸離開中央圓形部分316a的截頂圓錐部分316b。圓柱形側(cè)壁318在底部316的截頂圓錐部分316b和上端部314之間延伸。切向入口320具有細(xì)長形，如圖4a所示。
上游旋風(fēng)分離器312具有布置在上端部314的中央的出口322。出口322包括位于上端部314緊下方并位于其中央的圓柱形腔室322a。一垂下管322b與腔室322a連通并從其上朝向底部316延伸。垂下管322b在其下端部開放以便與上游旋風(fēng)分離器312的內(nèi)部相連通。
九個下游旋風(fēng)分離器326圍繞腔室322a均布并位于上游旋風(fēng)分離器312的上端部314的緊下方。入口管道324在腔室322a和每個下游旋風(fēng)分離器326的上圓柱形部分328之間延伸。每個上旋風(fēng)分離器326的上圓柱形部分328在其上側(cè)由上游旋風(fēng)分離器312的上端部314閉合。如先前實施例，每個入口管道324與各自上圓柱形部分328以下述方式連通，即流體以切向方式進(jìn)入每個下游旋風(fēng)分離器326。每個入口管道324的上游端部與腔室322a連通，以便形成一切向出口(見圖4b)。
每個下游旋風(fēng)分離器326具有一從其上圓柱形部分328垂下的截頂圓錐旋流部分330。在每個截頂圓錐旋流部分330的下端部設(shè)置一錐形開口332。收集器334圍繞并包圍所有錐形開口332，使得所有九個下游旋風(fēng)分離器326能夠在收集器334的內(nèi)部沉積分離的顆粒。收集器334是通常截頂圓錐形狀，并具有一能夠容納下游旋風(fēng)分離器326的截頂圓錐旋流部分330的下端部的上表面334a，使得截頂圓錐旋流部分330進(jìn)入收集器334的內(nèi)部。上表面334a還用來將收集器334的內(nèi)部與上游旋風(fēng)分離器312的內(nèi)部其余部分分開。
每個下游旋風(fēng)分離器326具有一布置在其中圓柱形部分328的中央的出口管道336。每個出口管道336通過上游旋風(fēng)分離器312的上端部。如先前實施例，出口管道336在結(jié)合部338會合以便形成結(jié)合出口340。
設(shè)備310的操作類似于先前描述的設(shè)備的操作。夾帶有顆粒的流體通過切向入口320進(jìn)入旋風(fēng)分離器312。該流體(和夾帶的顆粒)跟隨一圍繞上游旋風(fēng)分離器312內(nèi)部的通常為螺旋形的路徑并沿側(cè)壁318朝向底部316向下。更大的顆粒從該流體流中分離出并收集在收集器334的截頂圓錐壁和底部316的截頂圓錐部分316b之間的上游旋風(fēng)分離器312的內(nèi)部。部分清潔的流體向內(nèi)運動并向上在下游旋風(fēng)分離器326之間尋找出路直到通過出口322的垂下管322b離開上游旋風(fēng)分離器312。該流體流接著進(jìn)入腔室322a，并圍繞上游旋風(fēng)分離器312的縱向軸線始終旋轉(zhuǎn)一定程度，并通過入口管道324分成九個大致均布的流體流。每個獨立的流體流接著通過下游旋風(fēng)分離器326之一的上圓柱形部分328。在各自的下游旋風(fēng)分離器326中，該流體流跟隨一通常為螺旋形的路徑，在該流體流沿截頂圓錐旋流部分330朝向錐形開口332運動期間增加其角速度。在此過程中細(xì)小顆粒從該流體流中分離出，并且該顆粒沉積在收集器334中，同時該清潔后的流體流通過出口管道336離開下游旋風(fēng)分離器326。九個獨立的流體流在結(jié)合部338處會合并通過結(jié)合出口340離開設(shè)備310。
如圖4a清楚所示，每個下游旋風(fēng)分離器326完全位于上游旋風(fēng)分離器312內(nèi)。此布置特別緊湊并在例如圓柱真空清潔器的應(yīng)用中有用。幾個特別有利的特征在于包括底部316的截頂圓錐部分使得設(shè)備310作為一整體向垂直方向傾斜而沒有不適合地?fù)p害該設(shè)備的總體高度。同樣，收集器334的截頂圓錐形狀增加上游旋風(fēng)分離器312內(nèi)部部分的容積，其中意欲收集大顆粒和碎片。這意味著在真空清潔器應(yīng)用中設(shè)備310可相當(dāng)長時間使用而無需排空。
如先前實施例，表示在圖4a和4b中的設(shè)備310可通過拆卸上游旋風(fēng)分離器312(有利的是側(cè)壁318的大部分以及收集器334一起)簡單排空，使得排空發(fā)生。
第五實施例表示在圖5a和5b中。它非常類似圖4a和4b所示的實施例及其描述。確實，該第四和第五實施例的唯一不同點在于收集器434的形狀，在該收集器中沉積有在下游旋風(fēng)分離器426中分離的顆粒。然而形成第四實施例一部分的收集器334通常為圓錐形狀，形成第五實施例一部分的收集器434通常為環(huán)形。收集器434具有外壁434a和從上游旋風(fēng)分離器412的底部416向上延伸的內(nèi)壁434b。下游旋風(fēng)分離器426伸入外壁434a和內(nèi)壁434b之間的環(huán)形空間中達(dá)到外壁和內(nèi)壁434a、434b的最上邊緣之下的程度。容器434在下游旋風(fēng)分離器426之間的頂部處由蓋部分434c閉合，下游旋風(fēng)分離器426布置成通過蓋部分434c。密封(未示出)設(shè)置在蓋部分434c上以便下游旋風(fēng)分離器426如圖5a定位時與下游旋風(fēng)分離器426的外表面協(xié)作。該設(shè)備的操作方式非常類似于圖4a和4b設(shè)備的操作方式，只是在圖5a和5b的下游旋風(fēng)分離器426中分離的污物和灰塵收集在環(huán)形收集器434中，而不是收集在圖4a和4b的錐形收集器334中。當(dāng)需要排空容器434時，下游旋風(fēng)分離器426從容器434內(nèi)部抽出，并且上游旋風(fēng)分離器412以及內(nèi)壁和外壁434a、434b一起倒轉(zhuǎn)，使得以適合的方式處理堆積污物和灰塵。
從上述四個實施例的描述中將明白本發(fā)明不局限于該上游旋風(fēng)分離器的形狀和該下游旋風(fēng)分離器伸入其內(nèi)部的程度。另外，可采用上述排空該設(shè)備的任何簡便方法。有經(jīng)驗的讀者還將明白將流體流分開和重新組合的裝置對于本發(fā)明的基本方面沒有實質(zhì)性影響。因此，對于所述實施例的這些和其他方面進(jìn)行變型和改型將落入本申請發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從一流體流中分離顆粒的設(shè)備，其包括一上游旋風(fēng)分離器和多個相互平行布置的下游旋風(fēng)分離器，其特征在于，每個下游旋風(fēng)分離器至少部分伸入該上游旋風(fēng)分離器的內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該上游旋風(fēng)分離器包括一具有一切向或卷形入口的總體上呈圓柱形的腔室。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該上游旋風(fēng)分離器包括一具有一切向或卷形入口的向外逐漸縮小的腔室。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該上游旋風(fēng)分離器包括一具有一切向或卷形入口的向內(nèi)逐漸縮小的腔室。
5.如上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其特征在于，每個下游旋風(fēng)分離器包括一截頂圓錐形逐漸縮小的旋風(fēng)器。
6.如上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備，其特征在于，每個下游旋風(fēng)分離器伸入該上游旋風(fēng)分離器的距離等于各自下游旋風(fēng)分離器的長度的至少三分之一。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，每個下游旋風(fēng)分離器伸入該上游旋風(fēng)分離器的距離等于各自下游旋風(fēng)分離器的長度的至少一半。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，每個下游旋風(fēng)分離器伸入該上游旋風(fēng)分離器的距離等于各自下游旋風(fēng)分離器的長度的至少三分之二。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，每個下游旋風(fēng)分離器大致完全位于該上游旋風(fēng)分離器的內(nèi)部。
10.用于從一流體流中分離顆粒的設(shè)備大致參考附圖所示的任一個實施例進(jìn)行以上描述。
11.一種結(jié)合了用于從一流體流中分離顆粒并如上述權(quán)利要求任一項所述的設(shè)備的真空清潔器。
12.如權(quán)利要求11所述的真空清潔器，其特征在于，該真空清潔器是家用真空清潔器。
全文摘要
用于從一流體流中分離顆粒的設(shè)備(10，110，210，310)，其包括一上游旋風(fēng)分離器(12，112，212，312)和相互平行布置的多個下游旋風(fēng)分離器(26，126，226，326)，每個下游旋風(fēng)分離器(26，126，226，326)至少部分伸入該上游旋風(fēng)分離器(12，112，212，312)的內(nèi)部。此布置提供一緊湊和經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，該設(shè)備特別適用于例如真空清潔器的應(yīng)用中。
文檔編號A47L9/16GK1422187SQ01807570
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者P·D·加馬克, M·D·甘德爾頓 申請人:戴森有限公司