专利名称：旋风分离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋风分离装置。本发明特别，但并非仅仅，涉及一种用于真空吸尘器的旋风分离装置。
旋风分离装置是一种公知的装置，其具有广泛的用途。在过去的十年里，采用旋风分离装置将颗粒从真空吸尘器的气流中分离出来的技术已得到广泛的发展并进入到市场中。US3,425,192、US4,373,228以及EP0042723等专利文献对真空吸尘器中使用的旋风分离装置进行了详细的说明。从现有的这些以及其它文献可以看出，将两个旋风单元串联从而使气流按顺序通过至少两个旋风器已是公知的技术。这样做能使较大的脏物和碎片在第一旋风器中从气流分出来，从而令第二旋风器在最优的条件下工作以便有效地分离更为细小的颗粒。现已发现，当处理气流中夹带的物质颗粒的尺寸变化很大时，这种布置非常有效。这也正是真空吸尘器的工作情况。
此外，真空吸尘器最好能够更为小巧并且省电。其它的需求还有容量更大以便收集更多的脏物和碎片减少倒垃圾的频率。在某些公知的结构中，下游旋风器布置在上游旋风器中从而使吸尘器的尺寸达到最小(参见，例如US4,373,228和EP0042723)。然而，这样做会减少吸尘器的容量，因为下游旋风器会占据一定的空间，从而使脏物和碎片能用的空间减少。在US3,425,192所示的这类布置中，下游旋风器布置在上游旋风器的外面，但是从上游旋风器出来的部分洁净的空气必须行进过一定的距离才能达到下游旋风器的入口。这样会增加整个系统的压降，从而降低系统的能效。此外，用来引导部分洁净的空气的装置也会增加整个机器的体积。
本发明的一个目的是提供一种旋风分离装置，其收集分离颗粒的容量更大，能效更高。本发明的另一个目的是提供一种适用于真空吸尘器的旋风分离装置，其比现有的技术而言性能更高。本发明的另一个目的是提供一种能够减少现有技术缺点的旋风分离装置。
本发明提供一种旋风分离装置，其包括一上游旋风单元和一下游旋风单元。其中上游旋风单元至少包括一个具有第一端和第二端的旋风器，下游旋风单元至少包括一个具有第一端和第二端的旋风器。其特征在于上游和下游旋风单元相对于彼此布置成使下游旋风单元的至少一个旋风器的方向相对于上游旋风单元的至少一个旋风器的方向相反。
下游旋风单元相对于上游旋风单元的这种反向布置能够在布置方式上减少上游旋风单元和下游旋风单元之间气流长度，特别是在下游旋风单元布置在上游旋风单元之外时更是如此。如此就意味着整个装置的压降可降到最低，装置的能效更高，同时装置的收集容量保持得尽可能地高。
在一优选实施例中，下游旋风单元布置在上游旋风单元的外侧，并且这两个旋风单元布置成与上游旋风单元最上面的那个或每一个旋风器的第一端以及下游旋风单元最下面的那个或每一个旋风器的第一端基本垂直。因此上游旋风单元的那个旋风器或每一个旋风器的出口就紧挨着下游旋风单元的那个旋风器或每一个旋风器的入口。由此能确保旋风单元之间的气流长度为最短从而使损失降到最低。下游旋风单元的那个或每一个旋风器的第二端从上游旋风单元突出，而不是布置在上游旋风单元的内部。这就能使上游旋风单元中用来收集脏物和碎片的容量最大，从而减少上游旋风单元的倒空频率。
前述实施例的一个优选特征在于，下游旋风单元的旋风器彼此之间相对倾斜，这样旋风器的第二端都彼此接近。这种布置还能防止分离后的脏物和灰尘沉积到上游旋风单元旋风器的外表面上。
本发明的装置优选用于真空吸尘器中，特别是家用的真空吸尘器中。因为收集容量的增加和压力损失的减少特别有利于真空吸尘器。用户可以看到，其能耗更低，倒空频率也下降了。
其它的优选特征体现在从属权利要求中。
现结合附图，对本发明的实施例进行说明。其中
图1a和1b为采用本发明旋风分离装置的真空吸尘器的正视图和侧视图；图2a、2b和2c分别为图1a和1b中真空吸尘器旋风分离装置形成部件的第一实施例的正视图、侧视图和俯视图；图3a和3b分别为图2a、2b和2c中旋风分离装置的正视图和侧面剖视图，其中图3b为图3a中线III-III的剖视图；图4、4b和4c分别为图2a、2b和2c中一部分旋风分离装置的立体图、俯视图和侧面剖视图，其中图4c为图4b中线IV-IV的剖视图；图5为图2a、2b和2c中旋风分离装置沿线V-V的部分剖视图；图6为本发明旋风分离装置第二实施例的侧面示意图，其适用于真空吸尘器；以及图7为本发明旋风分离装置第三实施例的侧面示意图，其适用于真空吸尘器。
图1a和1b示出了采用本发明旋风分离装置的家用真空吸尘器10。该真空吸尘器10包括有一个直立体12，该直立体的下端位于一个电机箱14上。吸头16以卡接的形式装在电机箱14上。吸头16中有吸气口18，轮子20可旋转地装在电机箱14上从而能操纵真空吸尘器10在清洁平面上移动。
旋风分离装置100装在电机箱14上面的直立体12上。该旋风分离装置100座在过滤器盖体22的一个大体水平的表面上。该过滤器盖体22位于电机箱14的上面，其电机之后的过滤器(图中未示出)提供一个盖体。该旋风分离装置100还通过旋风分离装置100顶上的一个夹子24固定到直立体12上。该直立体12中结合有上游管道(图中未示出)和下游管道26，其中上游管道用来将脏空气输送到旋风分离装置100的入口，其中下游管道用来将净化后的空气从旋风分离装置100排出。
该直立体12还结合有一根软管棍杆组件28，其以图示方式固定从而可用作一手柄来操纵真空吸尘器10在清洁面上移动。作为选择，软管棍杆组件28可释放下来从而使棍杆的远端28a与地板工具(图中未示出)相结合来清洁如楼梯、室内的装饰等。软管棍杆组件28的结构和操作并非本发明的内容，这里不再详述。图1a和1b所示软管棍杆组件28的总体结构和操作与美国专利文献Re32,257所述的类似，该专利文献在这里以参考的形式并入本申请。此外，其它的几个工具和附件30a、30b、30c均为可拆卸地安装在直立体1 2上以便在不用的时候保存。
上述真空吸尘器10的结构细节并非本发明的内容。本发明关心的是真空吸尘器10中旋风分离装置100的细节。为了让旋风分离装置100工作起来，要启动电机箱14内的电机，这样空气就经吸气口18或者是软管棍杆组件28的远端28a吸入到真空吸尘器中。这种脏空气(夹带有脏物和灰尘的空气)经上游管道流到旋风分离装置100。在空气流过旋风分离装置100以后，其从旋风分离装置100排出并沿着直立体12向下经下游管道26流到电机箱14。净化后的空气在经过滤器盖体22排出真空吸尘器10之前冷却电机箱14中的电机。
真空吸尘器10的操作原理可参见现有技术。本发明关心的是图2a、2b和2c中从真空吸尘器10隔离出来的旋风分离装置100。
图2所示旋风分离装置100包括一个由一上游旋风器102构成的上游旋风单元101和一个由多个下游旋风器104构成的下游旋风单元103。上游旋风器102主要是由一个具有封闭底座108的柱体106构成。柱体的上开口端110邻接于上圆模腔112，上圆模腔112形成上游旋风器102的上端。柱体106内设有入口114从而能使脏空气引到上游旋风器102的内部。入口114的形状、位置和结构应能保证其与上游管道相通，该上游管道将夹带着脏物的空气从吸头16输送到旋风分离装置100。柱体106和上圆模腔112上分别设有手柄116和抓勾118从而在柱体106需要倒空时将柱体106从上圆模腔112上松开。如果需要，柱体106和上圆模腔112之间也可带有密封件(图中未示出)。
柱体的底座108可通过铰链连接到柱体的其余部分上从而在需要时出于倒空目的对柱体106的内部进行操作。这里所示的实施例中包括一个能使底座108通过铰链打开从而实现倒空的机构，但该机构的详细内容属于一共同申请的主题，这里就不再论述了。
在下游旋风单元103中有七个相同的下游旋风器104。这些下游旋风器104绕着下游旋风单元103的纵向中心线150按角度等分布置，参见图2c，其中下游旋风单元103的纵向中心线150与上游旋风单元101的纵向中心线重合。每一个下游旋风器104在形状上均是截头圆锥体，其较大的一端在下面，较小的一端在上面。每一个下游旋风器104都具有一个纵轴148(参见图3b)，该纵轴稍稍斜向下游旋风单元103的纵轴150。这一点将在下面详细论述。此外，每一个下游旋风器104最下端最外的一点均沿径向从下游旋风单元103的纵轴150伸到柱体106的柱壁外面。下游旋风器104的最上端伸到收集模腔120的里面，该收集模腔120从下游旋风器104的表面向上延伸。收集模腔120支撑着手柄122，该手柄122用来搬运旋风分离装置100。手柄122上有抓勾124，其用来将旋风分离装置100固定到直立体12的上端。上圆模腔112内有一出口126，其用来将净化后的空气导出旋风分离装置100。出口126在布置和结构上应与下游管道26配合将净化后的空气输送到电机箱14。
收集模腔120还带有一个执行杆128，该执行杆128在设计上用来启动一个机构打开柱体106的底座108从而实现上述的倒空目的。
现在参见图3b来描述旋风分离装置100的内部结构。图3a对应于图2a，其中示有图3b该剖面图的剖面线。
上游旋风器102的内部包括有内壁132，内壁132贯穿其整个长度。由内壁132形成的内部空间与收集模腔120的内部相通，这一点将在下面描述。内壁132的作用是形成细小粉尘的收集区134。内壁132的内部，收集区134的里面是那些在执行杆128启动时用来使底座108打开的部件。这些部件的具体结构和操作不是本发明的内容，这里不再详述。
安装在内壁132外部的是四个等分布置的叶片或肋片136，该肋片136沿径向从内壁132朝柱体106向外突出。这些肋片136有助于较大的脏物和碎粒沉积于内壁132和柱体106之间形成的、邻近于底座108的收集空间138中。肋片136的具体结构在WO00/04816中有详细的描述。
在上游旋风器102的上部中，在内壁132的外面有一个盖件140。该盖件从肋片136向上延伸并与内壁132一起形成一个空气通道142。该盖件140具有一个穿孔部分144，其用来使空气从上游旋风器102流到空气通道142。空气通道142与各个下游旋风器104的入口146相通。每一个入口146均以卷筒的形式布置从而强迫进入下游旋风器104中的空气在各自下游旋风器104中沿螺旋通道前进。
如前所述，每一个下游旋风器104的纵轴148均斜向下游旋风单元103的纵轴150。每一个下游旋风器104的上端均比其下端更接近纵轴150。在本实施例中，纵轴148的斜角基本为7.5°。
如前所述，下游旋风器104的上端伸到收集模腔120的内部。收集模腔120的内部形成了一个与下游旋风器104上端相通的空腔152。在空腔152的内部，多个大体沿径向延伸的肋片153从收集模腔120的上表面121向下突出(参见图5)。肋片153从收集模腔120的外壁123向内延伸到内壁129，该内壁129环绕着打开柱体106的底座108以实现倒空操作的机构。肋片153向下突到下游旋风器104上端下面的一个位置上。这样布置能防止那些从下游旋风器104上端出来的脏物和灰尘经其开口的上端跑到并进到相邻的旋风器中。如果真的出现这种情况，那么原先由第一旋风器从气流中分离出来的脏物和灰尘就有可能经过相邻的旋风器再次回到气流中。
收集模腔120和下游旋风器104的表面一起形成了一个沿轴向延伸的通道154，该通道154位于下游旋风器104之间，其与内壁132所形成的收集区134相通。因此离开下游旋风器104较小端头的脏物和灰尘就能经从空腔152经通道154流到收集区134。
每一个下游旋风器104均具有一个旋风发生器156式的空气出口。每一个旋风发生器156都位于各个下游旋风器104最下端的中心，如标准一样。在本实施例中，每一个旋风发生器156中均有一个中心体158。每一个旋风发生器均与一环腔160相通，该环腔160反过来与出口126相通(参见图2c)。
图4a、4b和4c详细展示了下游旋风器104的布置。其特别有助于展示通道154的结构。图4b还有助于展示各下游旋风器104中离下游旋风单元103纵轴最近一侧的情况，其中纵轴基本上与该侧面平行。
上述装置的操作方式如下。脏空气(其中夹带有脏物和灰尘的空气)经入口114进入到旋风分离装置100。入口114在布置上应与柱体106的壁面相切，由此可使进来的空气在柱体106的内部绕着一螺旋通道前进。较大的脏物和灰尘以及绒毛和其它较大的碎片借助于公知的、作用在颗粒上的离心作用而沉积在底座108旁的收集空间138中。部分净化的空气从底座108向内并向上前进，经盖件140的穿孔部分144离开上游旋风器102。然后，部分净化的空气沿着空气通道142前进，空气通道142被分成七个部分。每一部分气流都经过相应的一个入口146进到一个下游旋风器104中。如上所述，每一个入口146都是一个卷筒入口，其强迫进入的空气沿着下游旋风器104内的一条螺旋通道前进。下游旋风器104逐渐收缩的形状可进一步强化下游旋风器104内的旋风分离作用从而使很细小的脏物和灰尘从主气流中分离出去。脏物和灰尘颗粒在离开下游旋风器104最下端的同时洁净空气沿着下游旋风器104纵轴148回到下游旋风器104的下端，并经旋风发生器156排出。洁净的空气从旋风发生器156流到环腔162中并从这里流到出口126。与此同时，在下游旋风器104中从气流分离出来脏物和灰尘从空腔152经通道154落到收集区134。肋片153能够防止脏物和灰尘流到相邻旋风器下游旋风器104最上端的开口。
在倒空旋风分离装置100时，可将底座108从柱体106的侧壁上打开从而使收集区134和138中收集的脏物和碎片落到合适的容器中。如前所述，有关倒空机构的操作原理并非本发明的内容，这里不再详述。
本发明并不限于上述的实施例的具体结构。图6示意性地展示了一种能用于家用真空吸尘器的旋风分离装置200的第二实施例。在本实施例中，旋风分离装置200包括一个由一个上游旋风器202构成的上游旋风单元201。该上游旋风器202包括基本为圆柱形的柱体204，其上端有一个切向入口206。该柱体204的上端被一个环形的挡板208部分封闭。从挡板208悬挂下来的是一个盖件210，在盖件210下端214之上有一个开孔部分212。挡板208从盖件210沿径向延伸到柱体204的外壁。其中包括有一个下游旋风器216的下游旋风单元203布置在上游旋风器202的上面。下游旋风器216为截头圆锥形，其较大的一端布置在最下面。下游旋风器216最下端的直径大体上与上游旋风器202的直径相对应。多个切向的入口218使盖件210的上端和下游旋风器216内部的最下端相互连通。
下游旋风器216的最上端开口于收集腔220，绕下游旋风器216的最上端对收集腔220进行密封。收集腔220优选为圆柱形，当然也可采用其它常规的形式。收集腔220在下游旋风器216上端最接近处的直径至少为下游旋风器216最上端的三倍。旋风发生器222位于下游旋风器最下端的中心。该旋风发生器222与出口长管224相通，该出口长管224沿着柱体204的轴线穿过柱体204和柱体204的底座。
该结构的操作如下。夹带着脏物的空气经切向入口206进入到旋风分离装置200中，并且在上游旋风器202内形成旋风运动。较大的脏物和碎片颗粒收集在邻近底座的柱体204上，同时部分净化的空气经盖件210上的开孔部分212离开上游旋风器202。然后，部分净化后的空气经切向入口218进入到下游旋风器216中。细小的脏物和灰尘颗粒在下游旋风器216中分离，且该脏物和灰尘颗粒从下游旋风器216的上端出来收集在收集腔220中。洁净的空气经旋风发生器212穿过下游旋风器216，并经出口管224排出旋风分离装置200。
图7所示为另一实施例。这里所示的装置300包括一个包括有一个上游旋风器302的上游旋风单元301以及一个包括有一个下游旋风器304的下游旋风单元303。上游旋风器302包括一个柱体306，柱体306的上端有一个切向入口308。下游旋风器304为截头圆锥形，与前面一样，其较大的一端在最下面，较小的一端在最上面，但其在布置上是位于上游旋风器302的内部。因此，下游旋风器304较大的一端就位于远离入口308的柱体306底座的近旁，下游旋风器304较小的一端则朝着柱体306的入口308伸到柱体306中。
盖件310位于上游旋风器302的内部并包绕着大部分下游旋风器304。盖件310上具有穿孔部分312，该穿孔部分312为部分净化的空气提供了一个从上游旋风器302流出的出口。盖件310和下游旋风器304的表面之间形成了一个通道314，空气可沿着该通道流动。通道314与一个环腔316相通，多个切向入口318从该环腔316通向下游旋风器304的最下端。
下游旋风器304的上端开口于一收集腔320，该收集腔320环绕着下游旋风器304的上端。沿着下游旋风器304的外表面对320进行密封从而使那些跑到收集腔320中的脏物和灰尘就留在这里。可以以任何合适的方式来操作收集腔320从而将所收集的脏物和灰尘取出倒空。例如，可在收集腔320的端头布置一个可抽取的部分从而能使收集腔320翻转倒空。下游旋风器304最下端的中心有一个旋风发生器322，其为净化后的空气提供一个从下游旋风器304流出的出口通道。
在操作中，脏空气从切向入口308进到上游旋风器302中并顺着一条螺旋形流路向下流过柱体306，由此产生离心分离作用，将较大的脏物和碎片收集到柱体306的底部。部分净化后的空气经盖件310上的穿孔部分312离开上游旋风器并沿着通道314流到环腔316。部分净化后的空气从这里沿切向入口318流到下游旋风器304的内部，并在这里强迫形成螺旋形流路。当空气沿着下游旋风器向上流向较小的一端时，形成更强的离心分离作用。分离后的脏物和灰尘从旋风器下游旋风器304的较小端排出并收集到收集腔320中，同时净化后的空气经旋风发生器排出旋风器304。从旋风发生器出来后，净化后的空气从旋风分离装置300导向电机以便对其进行冷却。
本发明并不限于上述实施例的具体结构。需要强调的是，其中带有旋风净化装置的真空吸尘器的其它结构并非本发明的内容。实际上，上述这类旋风分离装置可用于其它领域以达到较高的分离效率和较低的压力损失。显然，如果需要，上游和/或下游旋风单元可由一个或多个平行布置的旋风器构成。此外，该装置在布置上并不需要使旋风单元的轴线处于垂直位置，如果需要该轴线也可以是倾斜，甚至水平的。离心分离作用实际上并不怎么受重力影响，因此只要旋风单元中用来收集碎片的收集区不影响分离所需的气流流路就可以了。在上述实施例的另一变形中，图1到5所示的下游旋风器在布置上可使各自的轴线彼此平行，而不是斜向图中下游旋风单元的轴线。其它的变形和变更对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种旋风分离装置，其包括一上游旋风单元和一下游旋风单元，其中上游旋风单元至少包括一个具有第一端和第二端的旋风器，下游旋风单元至少包括一个具有第一端和第二端的旋风器，其特征在于该上游和下游旋风单元相对于彼此布置成使下游旋风单元的至少一个旋风器的方向相对于上游旋风单元的至少一个旋风器的方向基本相反。
2.如权利要求1所述的旋风分离装置，其中上游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器在其第一端上有一个入口。
3.如权利要求2所述的旋风分离装置，其中上游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器在其第一端上有一个出口。
4.如权利要求3所述的旋风分离装置，其中上游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器在其第二端上有一个收集器或收集区。
5.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中上游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器的第一端和第二端之间基本为圆筒形。
6.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器在其第一端上有一个入口。
7.如权利要求6所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器在其第一端上有一个出口。
8.如权利要求7所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器在其第二端上有一个收集器。
9.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器的第一端和第二端之间为截头的圆锥体。
10.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元包括有多个并联布置的旋风器，各个旋风器的第一端彼此相邻。
11.如权利要求10所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元旋风器的纵轴彼此平行。
12.如权利要求10所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元旋风器的纵轴彼此倾斜，这样所述旋风器的第二端彼此接近。
13.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中上游旋风单元的至少一个旋风器的方向基本上与其最上端或第一端垂直，并且下游旋风单元的至少一个旋风器的方向基本上与其最下端或第一端垂直。
14.如权利要求1-12中任一所述的旋风分离装置，其中上游旋风单元的至少一个旋风器的方向与其最上端或第一端的垂线呈一角度，并且下游旋风单元的至少一个旋风器的方向基本上与其最下端或第一端的垂线也呈一角度。
15.如权利要求8和10以及权利要求13和14中任一所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元旋风器的第二端伸到收集器中，并且相邻两旋风器的第二端之间带有肋片。
16.如权利要求15所述的旋风分离装置，其中该肋片从收集器封闭的上表面向下伸到下游旋风单元旋风器第二端下面的一个位置上。
17.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中旋风单元的纵轴彼此重合或者平行。
18.如前述任一权利要求所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器完全位于上游旋风单元的该旋风器中或者其中的一个旋风器中。
19.如权利要求1-17中任一所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器位于上游旋风单元的外侧。
20.如权利要求19所述的旋风分离装置，其中下游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器的第一端与上游旋风单元相邻，并且上游旋风单元的该旋风器或每一个旋风器从这里突出。
21.一种如前参考附图所示任一实施例所述的旋风分离装置。
22.一种真空吸尘器，其采用前述任一权利要求所述的旋风分离装置。
23.一种基本上如前参考附图所述的真空吸尘器。
全文摘要
本发明提供一种旋风分离装置(100；200；300)其包括一上游旋风单元(101；201；301)和一下游旋风单元(103；203；303)。其中上游旋风单元(101；201；301)至少包括一个具有第一端和第二端的旋风器(102；202；302)，下游旋风单元(103；203；303)至少包括一个具有第一端和第二端的旋风器(104；216；304)。其特征在于上游和下游旋风单元(101，103；201，203；301，303)相对于彼此布置成使下游旋风单元(103；203；303)所的至少一个旋风器(104；216；304)的方向相对于上游旋风单元(101；201；301)所的至少一个旋风器(102；202；302)的方向相反。这种布置可使装置具有良好的分离效率并使整个装置的压降下降。
文档编号B01D45/16GK1556683SQ02805326
公开日2004年12月22日 申请日期2002年1月24日 优先权日2001年2月24日
发明者R·戈米其哥－佩雷达, R 戈米其哥-佩雷达, P·D·加马克, 加马克, R·D·维亚杰克, 维亚杰克 申请人:戴森有限公司