专利名称：用于从流体流中分离颗粒的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从流体流中分离颗粒的设备。特别地但不是唯一地，本发明涉及从空气流中分离例如污物和灰尘颗粒的颗粒的设备。
使用旋风分离器从一流体流中分离污物和灰尘颗粒的颗粒已为人所知。已知的旋风分离器例如使用在真空清洁器中，并已知包括一用于分离绒毛和相对大颗粒的低效率旋风分离器和一位于该低效率旋风分离器下游的用于分离保持夹带在空气流中的细小颗粒的高效率旋风分离器(见例如EP 0 042 723B)。已知在真空清洁设备中设置一上游旋风分离器与多个小的下游旋风分离器相结合，该下游旋风分离器布置成相互平行。此类型的布置表示并描述在授予Davis的US 3,425,192中。
在真空清洁器应用中，特别是在家用真空清洁器应用中，希望该用具尽可能制造得紧凑而不有损该用具的性能。同样希望包含在该用具内的分离设备尽可能有效率(即从该空气流中分离细小灰尘颗粒部分尽可能高)。因此本发明的目的在于提供用于从一流体流中分离颗粒的改进的设备。本发明的另一目的在于提供用于从一流体流中分离颗粒的设备，该设备具有改进的分离效率或压力降，并具有紧凑的布置。本发明的再一目的在于提供用于从一流体流中分离颗粒并适于使用在家用真空清洁器中的改进的设备。
本发明提供用于从一流体流中分离颗粒的设备，其包括一上游旋风分离器和多个相互平行布置的下游旋风分离器，其特征在于每个下游旋风分离器至少部分伸出加热该上游旋风分离器的内部。
本发明的布置通过多个平行的旋风分离器可实现高的分离效率，同时还允许该上游和下游旋风分离器的结合紧凑组装。这使得该设备可使用在例如家用真空清洁器的用具中。
优选的是，每个下游旋风分离器伸入该上游旋风分离器的内部的距离等于各自下游旋风分离器长度的至少三分之一。更优选的是，每个下游旋风分离器伸入该上游旋风分离器的内部的距离等于各自下游旋风分离器长度的至少一半。再更优选的是，每个下游旋风分离器伸入该上游旋风分离器的内部的距离等于各自下游旋风分离器长度的至少三分之二。在一优选实施例中，每个下游旋风分离器大致完全位于该上游旋风分离器中。这些布置导致方便和紧凑组装的解决方案。
本发明的实施例现将参考附图描述，其中
图1是本发明第一实施例的设备的示意透视图；图2a是通过本发明第二实施例的设备的纵向截面图；图2b是沿图2a的II-II线剖取的截面图；图3a是通过本发明第三实施例的设备的纵向截面图；图3b是沿图3a的III-III线剖取的截面4a是通过本发明第四实施例的设备并沿图4b的IV-IV线剖取的纵向截面图；图4b是沿图4a的IV-IV线剖取的横向截面图；图5a是通过本发明第五实施例的设备并沿图5b的V-V线剖取的纵向截面图；以及图5b是沿图5a的V-V线剖取的横向截面图。
本发明的基本原理表示在图1中。在图1中，用于从一流体流中分离颗粒的设备10包括一具有上端部14和底部16的上游旋风分离器12。侧壁18在该上端部14和底部16之间延伸。侧壁18是截顶圆锥形，使得上游旋风分离器12向外离开上端部14缩小。切向入口20能够在与侧壁18成切向的方向上传递充满颗粒的流体到上游旋风分离器12的内部，以便在上游旋风分离器12内部建立涡流。在意欲使用设备10的许多场合中，该流体是空气，并且该颗粒是例如将在室内环境中发现的污物和灰尘。
上游旋风分离器12具有出口(为示出)，该出口位于上端部14的中央，并与上游旋风分离器12相连通。该出口包括一通常圆柱形管，该管从上游旋风分离器12的上端部14垂直向上延伸。该出口以对称和均布的方式分成四个管道24。每个入口管道24尺寸构造并布置成以便容纳从上游旋风分离器12流经该出口的任何流体流的四分之一。
每个入口管道24与一下游旋风分离器26相连通。每个下游旋风分离器26具有一上圆柱部分28，各自入口管道24以切向方式与该部分连通。一截顶圆锥旋流部分30从每个上圆柱部分28垂下并具有一与之远离的开放的锥形开口32。每个下游旋风分离器26具有一纵向轴线(未示出)，各自上圆柱部分28和截顶圆锥部分30围绕该轴线布置。四个下游旋风分离器26与垂直方向倾斜，使其纵轴在向下的方向相互接近。锥形开口32因此相互靠近布置并围绕上游旋风分离器12的纵向轴线对称。
每个截顶圆锥部分30通过上游旋风分离器12的上端部14。在上端部14，布置有四个适当尺寸的孔31。每个截顶圆锥旋流部分30以保持其间密封的方式固定在各孔31的边缘上。
圆柱形收集器34布置在上游旋风分离器12的内部。圆柱形收集器34在上游旋风分离器12的底部16之间延伸并在略微高于锥形开口32的位置上与下游旋风分离器的截顶圆锥旋流部分30相遇。尽管没有在图1中示出，圆柱形收集器34具有一上表面，截顶圆锥旋流部分30的下端部以将圆柱形收集器34的内部与上游旋风分离器12的内部其余部分密封的方式通过该表面。
四个下游旋风分离器26的每个具有一出口管道26，该管道位于各自上圆柱部分28的中央。出口管道36在结合部38相遇以便形成合成的出口40。通过切向入口20进入设备10的流体通过结合出口40排出。在一些应用中，例如在真空清洁器应用中，结合出口40将以已知的方式连接到一真空源上。
所述设备10以下述方式操作。夹带有颗粒的流体流通过切向入口20进入设备10。切向入口20的定向造成流体流跟随上游旋风分离器12内的一螺旋路径，使得该流体流向下朝向底部16流动。夹带在进入流体流内的相对大的颗粒沉积在上游旋风分离器12内部的靠近底部16的下部分中。一直夹带有更小颗粒的流体流向内并向上朝向上游旋风分离器12的上端部14运动。该流体流通过该出口(未示出)流出上游旋风分离器12，其中流体流运动直到其分成四个独立的流体流，该独立的流体流沿着入口管道24进入下游旋风分离器26。当流体流的每部分到达各自下游旋风分离器26的上圆柱部分28时，由于入口管道24的切向定向，流体流再次跟随其中一螺旋路径。接着该流体流跟随另一螺旋路径沿下游旋风分离器26的截顶圆锥旋流部分30向下，并此时许多细小颗粒从该流体流中分离出。分离的细小颗粒沉积在圆柱部分34的内侧，同时没有颗粒的流体通过出口管道36离开下游旋风分离器26。分离后的流体流在结合部38重新结合并通过结合出口40离开设备10。
在此实施例中，下游旋风分离器26伸入上游旋风分离器12的内部达到一定程度，使得每个下游旋风分离器26长度的大约三分之一位于上游旋风分离器12的内部。该布置是紧凑，高效的，并因此适合用于尺寸尽可能小的场合中。这种应用的一个例子是家用真空清洁器，其中尺寸和重量的要求是非常重要的。在这种应用中，结合出口40将连接到一真空源上，并且切向入口20将连接到真空清洁器的污物空气入口上。在一圆柱形真空清洁器中，该污物空气入口将采用软管和长杆组件的形式。在直立式真空清洁器中，该污物空气入口将采用形成该真空清洁器一部分的清洁头的整体形式。布置当然可制在直立式真空清洁器中以便转换成柱面模式的操作。该真空清洁器的操作模式对于所述设备没有影响。
在所有真空清洁器应用中，所述设备10将需要周期性地排空分离的颗粒。其实现的一种方法是将底部16布置成从侧壁18上拆卸下用于排空目的。在这种情况下，如果圆柱形收集器34主要由与底部16相遇并与其抵靠的圆柱形壁形成是特别有利的。圆柱形收集器34的内部因此由底部36限界在该下端部。这使得圆柱形收集器34和上游旋风分离器12两者同时排空。另外，上游旋风分离器12制成在上端部14和底部16之间、最好是上端部14的附近的一位置上可分开。有利地定位该分开点使得上端部14、结合有切向入口20的侧壁18的一部分和下游旋风分离器26一起可与和圆柱形收集器34在一起的侧壁18的其余部分分开。
本发明的第二实施例表示在图2a和2b中。在此实施例中，上游旋风分离器112也具有上端部114和底部116。侧壁118是圆柱形使得上游旋风分离器112的整体形状也是圆柱形的。一切向入口120也设置在上游旋风分离器112的上端部114的附近。
在此实施例中，只设置两个下游旋风分离器126。因此，从上游旋风分离器112的出口122只分成两个独立的入口管道124。入口管道124每个以切向方式与各自下游旋风分离器126的上圆柱部分128连通。
在此实施例中，每个下游旋风分离器的纵向轴线与上游旋风分离器122的纵向轴线144平行。每个下游旋风分离器126具有从截顶圆锥旋流部分130垂下的通常圆柱形的收集器134。每个圆柱形收集器134从截顶圆锥旋流部分130仅高于锥形开口132处向下延伸到上游旋风分离器112的底部116。每个下游旋风分离器126同样具有一出口管道136，该出口管道位于各自上圆柱部分128的中央，并与其他出口管道会合以便形成一结合出口140。
设备110的操作表示在图2a和2b中，其类似于图1所示设备10的操作。其中夹带有需要分离的颗粒的流体通过切向入口120进入旋风分离器112。该流体跟随一螺旋路径沿上游旋风分离器112的圆柱形侧壁118向下，并且更大的颗粒沉积在上游旋风分离器112的靠近底部116的内侧。于是部分清洁的流体通过出口122离开上游旋风分离器112，并且该流体流接着分成两个独立的流体流。每个独立的流体流接着引导到下游旋风分离器126中，其中该流体流跟随一围绕上圆柱部分128和截顶圆锥旋流部分130的螺旋路径，在此期间该流体流加速到高的角速度。以此方式，细小颗粒从该流体流中分离出，并沉积在圆柱形收集器134中。该清洁后的流体流通过出口管道136并随后通过结合出口140离开下游旋风分离器126。
从图2a可以看出，下游旋风分离器126通过其上端部114伸入上游旋风分离器112。该布置使得下游旋风分离器126伸入上游旋风分离器112到达一程度，使得每个下游旋风分离器126长度的大约三分之二位于上游旋风分离器112的内部。该布置提供一非常紧凑和有用的布置，其中上游旋风分离器112的效率不会很大程度的损失。在其他方面，设备110类似于图1所示的设备10及其描述。
本发明的第三实施例表示在图3a和3b中。在此实施例中，如图1所示的实施例，设备210包括一上游旋风分离器212和四个下游旋风分离器226。同样，如图1所示，下游旋风分离器226的纵轴242朝向上游旋风分离器212的纵向轴线244倾斜。在图1所示的实施例和图3a和3b所示的实施例之间的另一类似处在于所有四个下游旋风分离器226具有锥形开口232，该开口由单一圆柱形收集器234围绕和包围。
图1所示的设备10和图3a和3b所示的设备210之间有两个主要不同点。在图3a和3b所示的设备210中，上游旋风分离器212的侧壁218是截顶圆锥形并从上端部214朝向底部216向内缩小。因此，上游旋风分离器212的内部具有一通常向内缩小的构形。
图1所示的设备10和图3a和3b所示的设备210之间的第二不同点在于，在图3a和3b所示的设备210中，每个下游旋风分离器226伸入上游旋风分离器212的内部达到一程度，使得每个下游旋风分离器226长度的大约二分之一位于上游旋风分离器212的内部。这与上游旋风分离器212的向内缩小的形状相结合以便提供设备210的另一紧凑和经济布置。
设备210的操作类似于上面详细描述的设备的操作。
本发明的第四实施例表示在图4a和4部中。在此实施例中，设备310包括一上游旋风分离器312，该分离器具有一上端部314和一底部316。底部316包括一中央圆形部分316a和一向上延伸离开中央圆形部分316a的截顶圆锥部分316b。圆柱形侧壁318在底部316的截顶圆锥部分316b和上端部314之间延伸。切向入口320具有细长形，如图4a所示。
上游旋风分离器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紧下方并位于其中央的圆柱形腔室322a。一垂下管322b与腔室322a连通并从其上朝向底部316延伸。垂下管322b在其下端部开放以便与上游旋风分离器312的内部相连通。
九个下游旋风分离器326围绕腔室322a均布并位于上游旋风分离器312的上端部314的紧下方。入口管道324在腔室322a和每个下游旋风分离器326的上圆柱形部分328之间延伸。每个上旋风分离器326的上圆柱形部分328在其上侧由上游旋风分离器312的上端部314闭合。如先前实施例，每个入口管道324与各自上圆柱形部分328以下述方式连通，即流体以切向方式进入每个下游旋风分离器326。每个入口管道324的上游端部与腔室322a连通，以便形成一切向出口(见图4b)。
每个下游旋风分离器326具有一从其上圆柱形部分328垂下的截顶圆锥旋流部分330。在每个截顶圆锥旋流部分330的下端部设置一锥形开口332。收集器334围绕并包围所有锥形开口332，使得所有九个下游旋风分离器326能够在收集器334的内部沉积分离的颗粒。收集器334是通常截顶圆锥形状，并具有一能够容纳下游旋风分离器326的截顶圆锥旋流部分330的下端部的上表面334a，使得截顶圆锥旋流部分330进入收集器334的内部。上表面334a还用来将收集器334的内部与上游旋风分离器312的内部其余部分分开。
每个下游旋风分离器326具有一布置在其中圆柱形部分328的中央的出口管道336。每个出口管道336通过上游旋风分离器312的上端部。如先前实施例，出口管道336在结合部338会合以便形成结合出口340。
设备310的操作类似于先前描述的设备的操作。夹带有颗粒的流体通过切向入口320进入旋风分离器312。该流体(和夹带的颗粒)跟随一围绕上游旋风分离器312内部的通常为螺旋形的路径并沿侧壁318朝向底部316向下。更大的颗粒从该流体流中分离出并收集在收集器334的截顶圆锥壁和底部316的截顶圆锥部分316b之间的上游旋风分离器312的内部。部分清洁的流体向内运动并向上在下游旋风分离器326之间寻找出路直到通过出口322的垂下管322b离开上游旋风分离器312。该流体流接着进入腔室322a，并围绕上游旋风分离器312的纵向轴线始终旋转一定程度，并通过入口管道324分成九个大致均布的流体流。每个独立的流体流接着通过下游旋风分离器326之一的上圆柱形部分328。在各自的下游旋风分离器326中，该流体流跟随一通常为螺旋形的路径，在该流体流沿截顶圆锥旋流部分330朝向锥形开口332运动期间增加其角速度。在此过程中细小颗粒从该流体流中分离出，并且该颗粒沉积在收集器334中，同时该清洁后的流体流通过出口管道336离开下游旋风分离器326。九个独立的流体流在结合部338处会合并通过结合出口340离开设备310。
如图4a清楚所示，每个下游旋风分离器326完全位于上游旋风分离器312内。此布置特别紧凑并在例如圆柱真空清洁器的应用中有用。几个特别有利的特征在于包括底部316的截顶圆锥部分使得设备310作为一整体向垂直方向倾斜而没有不适合地损害该设备的总体高度。同样，收集器334的截顶圆锥形状增加上游旋风分离器312内部部分的容积，其中意欲收集大颗粒和碎片。这意味着在真空清洁器应用中设备310可相当长时间使用而无需排空。
如先前实施例，表示在图4a和4b中的设备310可通过拆卸上游旋风分离器312(有利的是侧壁318的大部分以及收集器334一起)简单排空，使得排空发生。
第五实施例表示在图5a和5b中。它非常类似图4a和4b所示的实施例及其描述。确实，该第四和第五实施例的唯一不同点在于收集器434的形状，在该收集器中沉积有在下游旋风分离器426中分离的颗粒。然而形成第四实施例一部分的收集器334通常为圆锥形状，形成第五实施例一部分的收集器434通常为环形。收集器434具有外壁434a和从上游旋风分离器412的底部416向上延伸的内壁434b。下游旋风分离器426伸入外壁434a和内壁434b之间的环形空间中达到外壁和内壁434a、434b的最上边缘之下的程度。容器434在下游旋风分离器426之间的顶部处由盖部分434c闭合，下游旋风分离器426布置成通过盖部分434c。密封(未示出)设置在盖部分434c上以便下游旋风分离器426如图5a定位时与下游旋风分离器426的外表面协作。该设备的操作方式非常类似于图4a和4b设备的操作方式，只是在图5a和5b的下游旋风分离器426中分离的污物和灰尘收集在环形收集器434中，而不是收集在图4a和4b的锥形收集器334中。当需要排空容器434时，下游旋风分离器426从容器434内部抽出，并且上游旋风分离器412以及内壁和外壁434a、434b一起倒转，使得以适合的方式处理堆积污物和灰尘。
从上述四个实施例的描述中将明白本发明不局限于该上游旋风分离器的形状和该下游旋风分离器伸入其内部的程度。另外，可采用上述排空该设备的任何简便方法。有经验的读者还将明白将流体流分开和重新组合的装置对于本发明的基本方面没有实质性影响。因此，对于所述实施例的这些和其他方面进行变型和改型将落入本申请发明的范围内。
权利要求
1.一种用于从一流体流中分离颗粒的设备，其包括一上游旋风分离器和多个相互平行布置的下游旋风分离器，其特征在于，每个下游旋风分离器至少部分伸入该上游旋风分离器的内部。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该上游旋风分离器包括一具有一切向或卷形入口的总体上呈圆柱形的腔室。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该上游旋风分离器包括一具有一切向或卷形入口的向外逐渐缩小的腔室。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该上游旋风分离器包括一具有一切向或卷形入口的向内逐渐缩小的腔室。
5.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，每个下游旋风分离器包括一截顶圆锥形逐渐缩小的旋风器。
6.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，每个下游旋风分离器伸入该上游旋风分离器的距离等于各自下游旋风分离器的长度的至少三分之一。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，每个下游旋风分离器伸入该上游旋风分离器的距离等于各自下游旋风分离器的长度的至少一半。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，每个下游旋风分离器伸入该上游旋风分离器的距离等于各自下游旋风分离器的长度的至少三分之二。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，每个下游旋风分离器大致完全位于该上游旋风分离器的内部。
10.用于从一流体流中分离颗粒的设备大致参考附图所示的任一个实施例进行以上描述。
11.一种结合了用于从一流体流中分离颗粒并如上述权利要求任一项所述的设备的真空清洁器。
12.如权利要求11所述的真空清洁器，其特征在于，该真空清洁器是家用真空清洁器。
全文摘要
用于从一流体流中分离颗粒的设备(10，110，210，310)，其包括一上游旋风分离器(12，112，212，312)和相互平行布置的多个下游旋风分离器(26，126，226，326)，每个下游旋风分离器(26，126，226，326)至少部分伸入该上游旋风分离器(12，112，212，312)的内部。此布置提供一紧凑和经济的设备，该设备特别适用于例如真空清洁器的应用中。
文档编号A47L9/16GK1422187SQ01807570
公开日2003年6月4日 申请日期2001年3月19日 优先权日2000年3月31日
发明者P·D·加马克, M·D·甘德尔顿 申请人:戴森有限公司