ПЫЛЕСОС С ТАНГЕНЦИАЛЬНЫМ ОТДЕЛЕНИЕМ МУСОРА Российский патент 2003 года по МПК A47L9/16 

Изобретение касается устройства, приспособленного для сбора мусора и предназначенного для использования в конструкции пылесоса.

Как это обычно принято делать в конструкции бытовых приборов рассматриваемого здесь типа, в пространстве между отверстием всасывания, которое в последующем изложении будет называться всасывающей насадкой, и двигателем данного пылесоса устанавливают специальный мешок пылесборника, предназначенный для улавливания засасываемого пылесосом мусора и пыли. Этот мешок пылесборника частично выполнен из материала, являющегося проницаемым для воздуха и называемого в последующем изложении фильтрующим материалом, и осуществляет на своей внутренней поверхности фильтрацию всасываемого воздушного потока, удерживая твердые частицы, которые этот поток воздуха содержит.

После того, как мешок пылесборника оказывается заполненным и/или закупоренным мелкими частицами пыли, этот мешок, обычно изготовленный из бумаги или из текстильных материалов, должен быть либо заменен на новый, либо освобожден от пыли и мусора и очищен пользователем. Недостатки, связанные с выполнением этой операции и тем менее приемлемые, чем чаще такая операция выполняется, могут объясняться не только ее стоимостью, но также и затруднениями, связанными со снятием, ручным обслуживанием и обратной установкой мешка пылесборника в корпус пылесоса.

По мере заполнения мешка пылесборника в процессе работы пылесоса он постепенно становится все менее проницаемым для потока воздуха вследствие того, что поры фильтрующего материала постепенно забиваются мельчайшими частицами пыли, размеры которых сопоставимы с размерами этих пор, создавая закупорку фильтрующего материала, о чем уже было сказано выше. Эта закупорка фильтрующего материала приводит к увеличению потерь напора всасываемого воздушного потока при прохождении им мешка пылесборника, т.е. к повышению разности давлений воздуха, которые имеют место по одну и по другую стороны от фильтрующего материала.

После продолжительного использования пылесоса с одним и тем же мешком пылесборника это закупоривание фильтрующего материала начинает проявляться и усиливаться, что оказывает влияние не только на условия всасывания, в которых обеспечивается отрыв посторонних частиц в зоне контакта всасывающей насадки пылесоса с очищаемой в данном случае поверхностью, и на условия транспортировки этих частиц к мешку пылесборника, но и на режим работы двигателя данного пылесоса, поскольку это закупоривание фильтрующего материала мешка пылесборника вызывает падение фактически реализуемого расхода воздуха, существенно ухудшая эффективность засасывания пыли и мусора, а также приводит к увеличению скорости вращения двигателя пылесоса, что по существу приводит к уменьшению срока его службы.

Из существующего уровня техники в данной области известны также пылесосы, снабженные средствами очистки всасываемого потока воздуха центробежного или циклонного типа и используемые, например, в промышленных условиях. Такие устройства позволяют снизить частоту вмешательства пользователя для замены или очистки фильтрующих материалов, располагающихся по потоку позади упомянутых средств очистки центробежного типа, за неимением возможности освободиться от такого вмешательства полностью.

Эти устройства по существу действуют как предварительные фильтры. Само собой разумеется, что чем более совершенным будет этот предварительный фильтр, т. е., чем большее количество малоразмерных частиц мусора он будет способен собрать и задержать, тем реже будет возникать необходимость в замене или очистке фильтрующих материалов, располагающихся по потоку позади этого предварительного фильтра. Использование такого предварительного фильтра обеспечивает более стабильные во времени условия всасывания и более благоприятные условия как для продолжительности срока службы двигателя пылесоса, так и для эффективности пылеудаления.

В конструкции пылесоса первого типа, поставляемого на рынок фирмой NOTETRY под названием DYSON, содержащий частицы пыли воздух вводится тангенциально, т. е. по касательной, под верхнюю крышку корпуса в виде усеченного конуса, ориентированного узкой частью вниз и открывающегося в расположенный внизу резервуар для приема мусора. Таким образом, в этом корпусе содержащий частицы пыли поток воздуха проходит нисходящую спиральную траекторию, которая обеспечивает отбрасывание содержащихся в этом потоке твердых частиц в направлении внутренней конической поверхности стенки корпуса, причем эти твердые частицы затем падают под действием собственной тяжести вдоль этой конической стенки в приемник мусора. На конечном участке спиральной траектории, проходимой потоком загрязненного воздуха, уже очищенный таким образом от твердых частиц воздух поднимается вдоль центральной стойки и движется через вертикальную трубку, проходящую через центр упомянутой крышки.

В международной публикации WO 96/21389 описан пылесос подобного типа, но имеющий более совершенную конструкцию и содержащий два предварительных фильтра центробежного типа, сформированных в двух концентрически расположенных корпусах.

Наиболее мелкие и, соответственно, наиболее легкие частицы пыли естественным образом увлекаются движущимся потоком воздуха, причем упомянутые выше центробежные силы в данном случае играют лишь второстепенную роль по сравнению с усилиями увлечения этих частиц движением потока воздуха. Вследствие этого упомянутые мелкие частицы пыли собираются и накапливаются только в выходной части данного устройства, например, в складчатых фильтрах.

Существует множество вариантов осуществления подобных устройств, таких, например, как устройство, описанное в патенте США 3925045. В этом устройстве используется несколько усеченных конусов, ориентированных в направлении вниз и как бы вложенных вертикально друг в друга. Говоря более конкретно, малый диаметр нижней части одного конуса располагается несколько выше большого диаметра верхней части следующего за ним ниже конуса таким образом, чтобы оставить между ними круговой проход для частиц пыли, прижимающихся к периферийной части устройства в результате центробежного течения потока воздуха, вызываемого его тангенциальным введением в данное устройство.

В данном случае приемная емкость для сбора пыли также должна регулярно опорожняться, и поскольку эта операция может оказаться достаточно затруднительной, часто этой приемной емкости для сбора пыли придают достаточно большие размеры. Здесь, однако, необходимо отметить, что факт сохранения большого количества пыли на протяжении длительного времени благоприятствует нежелательному развитию микробов и/или бактерий в недрах этой зоны хранения.

Может также оказаться оправданной разработка системы, которая обеспечивает возможность более легкого и регулярного очищения пылесборника при использовании резервуара для накопленной пыли, имеющего меньшие размеры. Такое конструктивное решение позволяет существенно уменьшить габаритные размеры данного устройства, что дает возможность в значительной степени улучшить эргономические характеристики описанных устройств, в частности, в том, что касается их веса, удобства манипуляций с ними и т.п.

В существующем уровне техники в данной области можно обнаружить также устройства типа описанного в Европейском патенте ЕР 0815788 с использованием циклонного центрифугирования твердых частиц пыли и мусора, где устройство введения потока воздуха, содержащего пыль, реализовано с использованием спиральной трубки и существенно отличается от предшествующих систем. В данном случае фильтрация всасываемого воздуха остается фильтрацией центробежного типа в той мере, в какой поток всасываемого воздуха является потоком описанного выше типа. В данном случае оригинальность системы заключается, главным образом, в том, что мелкие частицы пыли захватываются устройством благодаря накоплению электрических зарядов, генерируемых в результате прохождения этих твердых частиц через устройство введения потока вдоль наружных стенок этого устройства, материал которых в случае необходимости выбирается соответствующим образом. Задача в данном случае состоит в том, чтобы повысить эффективность обычной центробежной фильтрации всасываемого воздуха, содержащего частицы пыли и мусора. Однако такая конфигурация пылесоса остается достаточно объемной.

Кроме того, все описанные устройства обладают недостатком, связанным со значительной потерей напора всасываемого потока воздуха.

В то же время, в некоторых военных применениях известны различные системы предварительной фильтрации, отличные от систем циклонного типа и называемые в последующем изложении системами типа GD. В этих системах загрязненный пылью воздух вводится в трубку, которая содержит располагающийся по оси этой трубки винт, размещенный в ее конце, называемом вводом или входным устройством. Этот винт имеет наружный диаметр, существенно меньший, чем диаметр внутренней стенки упомянутой трубки (этот диаметр на самом деле меньше внутреннего диаметра трубки на 20-60%). Функция этого винта состоит в том, чтобы привести воздух в трубке во вращательное движение и центрифугировать таким образом твердые частицы, прижимая их к упомянутой внутренней стенке.

В продолжении конца этого винта и на той же оси, совпадающей с осью трубки, располагают на некотором расстоянии другую трубку, так называемую трубку удаления, полностью заключенную в предыдущую трубку и имеющую диаметр, меньший или равный наружному диаметру упомянутого винта так, что этот винт обеспечивает нагнетание некоторой части введенного в трубку и очищенного от пыли воздуха.

В пространстве, отделяющем наружную стенку внутренней трубки от внутренней стенки наружной трубки, устраивают дополнительный выход, через который отводится оставшаяся часть воздуха, содержащего твердые частицы пыли и мусора. В соответствии с этим типом применения устройства предварительной фильтрации еще загрязненный воздух, проходящий через дополнительный выход, выбрасывается иногда прямо наружу.

Однако описанная конфигурация плохо приспособлена к условиям, налагаемым в случае ее использования в конструкции бытового пылесоса. В частности, речь идет о потребных расходах всасываемого воздуха, уровнях разрежения, проходных сечениях и, соответственно, габаритных размерах пылесоса, а также о большом разнообразии видов обрабатываемого мусора (который для бытового пылесоса может представлять собой волокнистые отходы, порошкообразные отходы, крошки типа хлебных и т.п.), что обусловливает существенные отличия военного применения от применения бытового.

Предлагаемое изобретение основывается на устройстве предварительной фильтрации, примененном к области бытовой техники и обладающим теми же преимуществами в смысле результативности и качества фильтрации, что и описанные выше устройства, но при уменьшении габаритных размеров и ограничения потерь напора.

Кроме этого, конструкция и расположение составных частей предлагаемого устройства должны обеспечить возможность его изготовления при относительно небольших затратах.

Указанные преимущества достигаются за счет признаков, изложенных в 1-ом независимом и зависимых пунктах 2-17 формулы заявленного изобретения.

Данное изобретение касается устройства отделения и сбора мусора для бытового уборочного прибора типа пылесоса. Такой пылесос содержит всасывающий агрегат, связанный с поверхностью, с которой всасывается мусор, при помощи гибкого шланга, на конце которого установлена всасывающая насадка. Это устройство содержит первую трубку, имеющую входное отверстие для воздуха, в которое подается всасываемый и подводимый к нему при помощи гибкого шланга и отверстия нагнетания поток воздуха, винт, установленный по существу коаксиально в этой первой трубке, вторую трубку, диаметр которой меньше наружного диаметра упомянутого винта и располагающуюся коаксиально в продолжении первой трубки в воздушном сообщении при помощи одного своего конца с концом нагнетания первой трубки и в связи при помощи своего другого конца с всасывающим агрегатом через первый канал удаления.

Предлагаемое устройство отличается тем, что оно содержит третью трубку, расположенную вокруг второй трубки и связанную с концом нагнетания первой трубки таким образом, чтобы сформировать между второй и третьей трубками второй канал удаления мусора в направлении фильтра и/или приемной емкости для мусора сообразно добавочному расходу.

Благодаря использованию винта внутри специфической системы трубок можно получить устройство отделения и сбора мусора как в вертикальном направлении, так и, в предпочтительном варианте реализации, в горизонтальном направлении внутри бытового пылесоса.

Фильтрация мусора на уровне промежутка между второй и третьей трубкой оказывается достаточно эффективной, обеспечивая возможность существенного продления срока службы используемого фильтра без риска повреждения двигателя всасывающего агрегата или выброса в окружающую среду плохо очищенного воздуха.

В соответствии с первым вариантом осуществления предлагаемого изобретения добавочный расход воздуха создается тем же агрегатом всасывания, что и основной расход, посредством отведения части этого расхода в воздушный контур. Этот первый способ представляет собой простое и экономичное средство осуществления данного изобретения, поскольку в этом варианте требуется использование только одного всасывающего агрегата.

В соответствии со вторым возможным вариантом осуществления предлагаемого изобретения добавочный расход воздуха, используемый для нагнетания содержащего пыль воздуха, создается независимо от основного расхода, причем этот добавочный расход должен поддерживаться посредством второго всасывающего агрегата, например, на уровне 20% (или в диапазоне от 5% до 30%) от уровня основного расхода.

Действительно, в рассмотренной выше конфигурации может оказаться затруднительным поддерживать добавочный расход воздуха на некотором постоянном уровне вследствие того, что забивание средства фильтрации, используемого для реализации обработки запыленного воздуха, снижает расход воздуха в этой ветви контура. Если этот расход оказывается недостаточным, характеристики фильтрации устройства, которое является объектом предлагаемого изобретения, ухудшаются.

При этом преимущество заключается в том, что здесь приходится обрабатывать только 20% расхода запыленного воздуха. При эквивалентном проходном сечении скорость перемещения воздуха падает в той же пропорции, то есть его скорость уменьшается приблизительно в 5 раз. Соответствующим образом и примерно в той же пропорции возрастает при этом продолжительность срока службы используемого средства фильтрации, например, мешка пылесборника или складчатого фильтра. Действительно, для одной и той же степени запыленности всасываемого воздуха снижение эффективности фильтрации тем меньше, чем меньше скорость движения воздуха.

В соответствии с третьим вариантом осуществления предлагаемого изобретения второй канал удаления является достаточно коротким и выходит непосредственно в герметичный пылеприемник, воздушный выход которого дополнен грубым фильтром, который должен задерживать мусор, предварительно центрифугированный и отделенный от основного потока воздуха. При этом добавочный расход удаления связан главным образом с кинетической энергией, приобретенной частицами в передней части потока всасываемого воздуха и достаточной для транспортировки этих частиц вплоть до примыкающего приемника мусора.

Поскольку очевидно, что перемещение воздуха в этой зоне является менее турбулентным, чем в передней зоне потока всасываемого воздуха, накопление мусора может быть осуществлено без проблем. Преимущество этого варианта осуществления изобретения заключается в том, что он является относительно дешевым и не увеличивает существенно габаритные размеры данного устройства предварительной фильтрации.

В соответствии с последним описанным вариантом осуществления изобретения вторая трубка предпочтительно содержит боковые отверстия, располагающиеся поблизости от ее входного конца. Эти отверстия позволяют обеспечить такое течение воздуха в зоне, располагающейся между двумя трубками, которое будет спиральным, а не просто вращательным, таким образом, чтобы легкие и объемные частицы мусора продолжали двигаться по своей траектории в приемник мусора, удаляясь под действием этого течения воздуха от отверстий нагнетания (центральное и боковые отверстия).

В этом варианте осуществления изобретения частицы мусора падают под действием силы тяжести в предусмотренный для этого приемник мусора, который предпочтительно будет расположен в нижней части устройства. В этом случае в третьей трубке предусмотрено отверстие в ее стенке в направлении приемника мусора с тем, чтобы пространство, сформированное между второй и третьей трубками, было связано с внутренним объемом приемника мусора.

Во всех трех описанных вариантах осуществления изобретения многие характеристики являются общими. В отличие от упомянутых устройств, называемых устройствами типа GD, наружный диаметр винта здесь должен быть равным внутреннему диаметру трубки таким образом, чтобы на этом уровне не было зазора между двумя этими деталями. Следствием и преимуществом этого обстоятельства является, с одной стороны, улучшение центрифугирования частиц мусора в процессе их прохождения через упомянутый винт, а с другой стороны, устранение возможности существования зоны, которая могла бы образовать место зацепления отдельных элементов бытового мусора, имеющих тенденцию там закрепиться, например частиц шерсти, волос и вообще волокнистых элементов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения винт оснащен только одной спиральной поверхностью, без центрального стержня, который мог бы сформировать место зацепления частиц мусора. Тем не менее, этот винт может содержать и несколько спиральных поверхностей, если предполагается реализовать предварительное центрифугирование для прижатия частиц мусора к боковым стенкам трубки.

Этот винт предпочтительно имеет несколько различных шагов навивки, причем шаг этой навивки уменьшается вдоль траектории движения потока воздуха от ее начала к концу. Это сделано по двум основным соображениям: во-первых, для того, чтобы постепенно заставить поток воздуха закручиваться вдоль винта, что позволяет существенно уменьшить потери напора при прохождении этого потока, и во-вторых, для того, чтобы определенным образом ограничить риск закупорки одного или нескольких каналов движения воздуха.

Наименьшее проходное сечение должно, кроме того, соответствовать наиболее узкому проходному сечению, которое можно обнаружить во входной части данного устройства и которое обычно расположено во всасывающей насадке, таким образом, чтобы твердые частицы мусора, которые преодолевают это первоначальное препятствие, не оказывались в дальнейшем заблокированными или застрявшими при прохождении винта.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения длина винта должна быть достаточной для того, чтобы операция центрифугирования осуществлялась корректным образом несмотря на изменения расхода воздуха, создаваемые сужениями проходного сечения для потока воздуха в зоне расположения всасывающей насадки и связанные, с одной стороны, с возвратно-поступательным движением этой насадки по очищаемой поверхности, осуществляемым пользователем данного пылесоса, а с другой стороны, характером самой этой очищаемой поверхности, которая может представлять собой ковер или палас, обивку мягкой мебели, гладкие поверхности различного типа и т.п. Если при этом падение расхода всасываемого воздуха оказывается слишком значительным, что возможно в том случае, когда, например, всасывающая насадка полностью закупорена (этот случай, к счастью, редко встречается на практике), перед устройством фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением необходимо предусмотреть наличие специального клапана, который открывает контур перепуска воздуха наружу при слишком большом падении давления для поддержания расхода на минимально допустимом уровне.

Упомянутые выше характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного далее описания не являющихся ограничительными примеров его осуществления, где даются ссылки на приведенные в приложении и являющиеся неотъемлемой частью этого изобретения фигуры чертежей, среди которых:
- фиг. 1а представляет принципиальную схему функционирования центробежного пылеуловителя в соответствии с первым вариантом предшествующего уровня техники;
- фиг. 1б - принципиальную схему функционирования системы фильтрации в соответствии с другим вариантом предшествующего уровня техники;
- фиг.2а - схематический вид в целом полного контура всасывания, реализуемого при помощи бытового пылесоса;
- фиг.2б - принципиальную схему функционирования первого варианта осуществления устройства фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением, примененного в бытовом пылесосе;
- фиг.2с - принципиальную схему функционирования второго варианта осуществления устройства фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг. 2д - принципиальную схему построения третьего варианта осуществления устройства фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг. 3 - схематический вид в изометрии в разобранном состоянии устройства фильтрации в соответствии с третьим вариантом осуществления предлагаемого изобретения;
- фиг. 4 - схематический вид в изометрии устройства фильтрации в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения в собранном состоянии;
- фиг.5 - схематический вид в продольном разрезе устройства, показанного на фиг.3 и 4;
- фиг.6 - схематический вид части винта, встроенного в устройство фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.7а - схематический вид в продольном разрезе варианта осуществления устройства фильтрации, показанного на фиг.5;
- фиг.7б - схематический вид в продольном разрезе другого варианта осуществления устройства фильтрации, показанного на фиг.5;
- фиг. 8 - схематический вид в изометрии варианта осуществления винта устройства фильтрации по данному изобретению;
- фиг. 9 - схематический вид спереди винта устройства фильтрации в том варианте его осуществления, который показан на фиг.8;
- фиг.10 - частичный схематический вид в разрезе, демонстрирующий позиционирование винта устройства фильтрации в соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг.8 и 9.

Описание наилучшего варианта осуществления изобретения
На фиг. 1а схематически представлена линия перемещения потока воздуха (100). Эта линия сначала имеет вид нисходящей спирали, сформированной вдоль стенки (101) корпуса, имеющего форму усеченного конуса, а затем поднимается вдоль центральной оси трубки нагнетания (103). Поскольку очевидно, что частицы мусора (108), накапливающиеся в специально предусмотренной для этого приемной емкости (102), попадают туда под действием силы тяжести, система предпочтительно располагается таким образом, чтобы эта приемная емкость размещалась в нижней части устройства фильтрации. Воздух на выходе из этого устройства содержит теперь уже только мелкие частицы пыли, которые отфильтровываются дальше по потоку, если этого требует данное применение.

На фиг. 1б подвод всасываемого загрязненного воздуха в устройство фильтрации осуществляется через один из концов основной трубки (104) вдоль ее оси. При входе в зону расположения винта (105) течение потока воздуха становится спиральным и отбрасывает твердые частицы мусора (108) к внутренней стенке этой трубки (104). После прохождения винта (105) поток воздуха разделяется на две ветви. Первая из этих ветвей отводит очищенный от пыли воздух в основную трубку нагнетания (106), а вторая ветвь отводит загрязненный пылью воздух через дополнительное отверстие нагнетания (107).

На фиг.2а схематически представлен полный контур всасывания, реализуемый бытовым пылесосом. Если следовать вдоль этого воздушного контура от его начала, то можно видеть, что воздух попадает в него через всасывающую насадку (1), затем проходит через удлинительные трубы (2, 3), трубчатую ручку пылесоса (4) и гибкий шланг (5), после чего поступает в корпус пылесоса (6), где обычно размещается мешок пылесборника.

На фиг.2б схематически представлено устройство фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением, выполненное наподобие устройств упомянутого типа GD, но преобразованное таким образом, чтобы оно могло быть установлено в бытовом пылесосе, и представляющее собой объект данного изобретения в первом варианте его осуществления изобретения.

Здесь необходимо использование двух различных источников всасывания, обозначенных на фиг.2б соответственно позициями (Ml) и (М2). Загрязненный воздух, нагнетаемый через дополнительное отверстие (30), по истечении некоторого времени функционирования устройства начинает очищаться при помощи фильтра (31), располагающегося между этим отверстием и двигателем (М2). В этом варианте осуществления изобретения предпочтительным является исключение возможности вхождения запыленного воздуха в контакт с турбиной и/или с активными элементами двигателя, в частности с его электрическими частями.

На фиг.2с схематически представлен второй вариант осуществления устройства фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением. Как уже было сказано, здесь два контура нагнетания объединяются ниже по потоку, образуя тем самым обводную линию, которая была упомянута выше. Такая конфигурация требует использования только одного всасывающего агрегата, обозначенного на фиг. 2с позицией (М). Зато после некоторого времени функционирования системы расход воздуха в ветви, обрабатывающей запыленный воздух, то есть содержащей фильтр, может оказаться недостаточным для того, чтобы обеспечить оптимальную эффективность данного устройства (в частности, вследствие засорения этого фильтра).

Устройство фильтрации, являющееся объектом предлагаемого изобретения, и схематически представленное на фиг.2д в своем третьем варианте осуществления, может быть расположено в любом месте рассмотренного выше контура всасывания. Здесь фильтр (12) должен быть установлен в выходной части этого контура для задерживания мелких частиц пыли. Как это показано на фиг.2д, он может быть размещен непосредственно в корпусе пылесоса и может быть выполнен в виде обычного бумажного или тканевого мешка пылесборника или в виде плоского или складчатого фильтра.

На фиг. 3 и 4 устройство фильтрации, являющееся объектом предлагаемого изобретения, схематически представлено в своем третьем варианте осуществления. Специфические именно для этого варианта осуществления изобретения аспекты касаются отсутствия добавочного контура нагнетания и, соответственно, наличия емкости для сбора мусора, а также выполнения боковых отверстий на трубке нагнетания. Зато все остальное, кроме двух упомянутых пунктов, в приведенном ниже описании является общим для всех трех вариантов осуществления данного изобретения.

Как это можно видеть на фиг.3 и 4, трубки (8а, 8b) содержат на одной и той же центральной оси соответственно винт отделения (11) и трубку нагнетания (9). Воздух, содержащий пыль и мусор, поступает через конец (13) в трубку (8а) в направлении, показанном стрелкой F, и подвергается там центрифугированию при помощи винта (11). Между наружным диаметром винта (11) и внутренним диаметром (К) трубки (8а) не существует никакого зазора для того, чтобы обеспечить удовлетворительное центробежное отделение твердых частиц мусора и исключить возможность зацепления и задерживания любого мусора между двумя этими деталями в рассматриваемой зоне.

На расстоянии (А) от винта (11), имеющем величину примерно от 5% до 20% от внутреннего диаметра (К) трубки (8а), располагается трубка нагнетания (9). Это расстояние (А) должно быть достаточным для того, чтобы исключить возможность попадания всего мусора в трубку нагнетания (9), но, в то же время, не должно превышать величины, для которой уже отделенные частицы мусора снова появляются на выходе из первой трубки (8а) перед входом во вторую трубку (9). Поскольку эффективность центробежного отделения мусора зависит от внутреннего диаметра (К) первой трубки (8а), расстояние (А) задается в виде некоторой части этого диаметра.

В то же время, диаметр самой трубки нагнетания (9) также оптимизируется следующим образом: он не должен существенно превосходить диаметр первой трубки (8а) с тем, чтобы сохранить эффект отделения частиц мусора, вызываемый винтом (11), и этот диаметр не должен быть слишком малым по отношению к входному диаметру трубки (8а) для того, чтобы слишком значительное сужение проходного сечения не порождало существенной потери напора при прохождении потока воздуха через данное устройство. Предпочтительная величина диаметра этой второй трубки (9) располагается в диапазоне от 70% до 100% от величины наименьшего внутреннего диаметра трубки (8а), обозначенного позицией (L).

Выход частично очищенного от пыли и мусора воздуха осуществляется в продолжении трубки (9) через трубку удаления (14). Трубка (8b) перекрывает на длине, обозначенной здесь как (E)+(H)+(G), трубку нагнетания (9) и содержит, таким образом, отверстие (17) на длине (D). В двух первых вариантах осуществления устройства по данному изобретению это отверстие (17) используют в качестве отверстия дополнительного нагнетания, через которое должен отводиться запыленный воздух. Величина этого расстояния (D) предпочтительно выбирается так, чтобы она превышала 20% от величины внутреннего диаметра (К) первой трубки (8а).

В соответствии с третьим вариантом осуществления данного устройства это отверстие (17), также предпочтительно имеющее величину, превышающую 20% от внутреннего диаметра (К) трубки (8а), ведет в приемник мусора (10). В пространстве, разделяющем две трубки, на длине, обозначенной как (E)+(H)+(G), предпочтительно имеется расстояние (В), предусмотренное для того, чтобы наиболее объемные элементы засасываемого мусора не забивали канал. Это расстояние предпочтительно имеет величину, по меньшей мере составляющую 10% от внутреннего диаметра (К) трубки (8а).

В трубке нагнетания (9) выполнено боковое отверстие (16). Это отверстие позволяет сохранить спиральные линии тока, необходимые для транспортировки твердых частиц мусора от выхода винта (11) до отверстия (17), ведущего в приемник мусора (10), облегчая при этом нагнетание воздуха, и может быть выполнено, например, в виде множества небольших отверстий. Проходное сечение этого отверстия эквивалентно значению Х% (где Х изменяется в диапазоне от 50 до 150) от величины внутреннего сечения трубки нагнетания (9).

Эта зона располагается на расстоянии (G) от конца трубки нагнетания (9) и продолжается на расстояние (Н), зависящее от характера реализации упомянутого отверстия. Расстояние (Е), предпочтительно превышающее примерно в полтора раза внутренний диаметр трубки нагнетания (9), отделяет конец элемента перекрытия (15), продолжающего трубку (8а), от конца отверстия (16).

В соответствии с этим же вариантом осуществления устройства по данному изобретению расстояние (С), определяющее высоту используемого приемника мусора, должно иметь величину, соответствующую по меньшей мере 150% от величины внутреннего диаметра (К) трубки (8а). Если это условие, касающееся величины упомянутого расстояния, не соблюдается, приемник мусора становится очагом возникновения турбулентности течения потока воздуха, что не способствует сбору и накоплению мусора в этой зоне, в частности наиболее легких и объемных элементов этого мусора.

Однако, если в данном случае желательно сохранить компактность системы, в частности, ограничивая это расстояние (С), что может быть мотивировано, например, соображениями гигиены (создание зоны сбора мусора и пыли относительно небольшого объема, которую пользователь должен очищать после каждого использования пылесоса), и как это имеет место в предложенном варианте осуществления изобретения, можно вставить в траекторию движения потока воздуха в зоне (17) решетку (22), которая задерживает легкие и объемные элементы мусора.

Действительно, на практике, если накопление мусора не осуществляется, эти элементы мусора непременно будут закупоривать боковое отверстие (16), что приводит к быстрому и существенному ухудшению эксплуатационных характеристик данного устройства. Эта решетка (22) в предпочтительном варианте осуществления изобретения имеет очень широкие ячейки и закреплена на емкости для сбора мусора с тем, чтобы облегчить опорожнение этой приемной емкости (10).

Винт отделения мусора (11), схематически представленный на фиг.6, выполнен таким образом, чтобы ограничить потери напора при прохождении через него потока воздуха и исключить всякую возможность его засорения и/или зацепления за него волокнистых элементов мусора. В предпочтительном варианте осуществления изобретения шаг этого винта является переменным для того, чтобы постепенно заставить поток воздуха следовать вдоль одной или нескольких спиральных воздушных траекторий. Как можно видеть на фиг.6, поток воздуха, проходя через этот винт, направляется спиральной поверхностью, имеющей два различных шага α и β. Изменение шага всегда должно происходить в сторону его уменьшения в направлении течения потока воздуха. Таким образом, в случае винта (11), представленного на фиг.6, шаг α превышает шаг β.

Изменение шага винта может осуществляться как постепенно и непрерывно, так и скачкообразно, причем вариант осуществления изобретения со скачкообразным изменением шага винта является менее дорогостоящим.

Проходное сечение канала перемещения воздушного потока всегда должно быть равным или превышающим наименьшее проходное сечение, располагающееся по потоку перед данным устройством фильтрации, для того, чтобы наиболее крупные и твердые частицы мусора, которые уже смогли преодолеть это первое препятствие, также могли бы свободно проходить через винт, не застревая в нем.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения этот винт содержит только одну спиральную поверхность с тем, чтобы исключить наличие зоны возможного зацепления частиц мусора в окрестности оси винта (11). Однако возможен также вариант, когда винт содержит несколько таких поверхностей при условии выполнения предварительного центрифугирования мусора, осуществляемого другими средствами, располагающимися по потоку перед данным устройством.

На входе (13) устройства спиральная поверхность винта не должна содержать никаких острых кромок, располагающихся в плоскости, перпендикулярной оси винта (11), для того, чтобы исключить наличие потенциальной зоны зацепления мусора. Спиральная поверхность винта в непосредственной близости от входа (13) начинается вдоль внутренней стенки трубки (8а) и дальше присоединяется к своей оси так, чтобы поверхность, содержащая кромку (18), составляла с осью винта (11) небольшой угол, не превышающий 45^o. При этом частицы мусора без зацепления скользят вдоль этой кромки (18).

Другой вариант осуществления винта (11) схематически представлен на фиг. 8, 9 и 10. Этот вариант отличается от предыдущего тем, что конец винта (11), располагающийся со стороны входа потока воздуха, частично перекрыт таким образом, чтобы всасывание воздуха винтом (11) на этом конце осуществлялось через трубчатый по существу канал, не содержащий никаких острых кромок.

Как это хорошо видно на фиг.10, конец (30) винта (11), располагающийся на уровне входа потока воздуха в данное устройство отделения мусора, согласован с концом (13) трубки (8а) таким образом, что поток воздуха проникает в упомянутый винт через канал (31), лишенный каких бы то ни было острых кромок.

Таким образом, винт (11) закреплен в ложементе при помощи штыря (32). Корпус, в котором размещается система фильтрации, содержит заслонку (34), перекрывающую часть конца (30) винта (11).

Итак, воздух попадает в винт (11) вдоль канала, ограниченного витком спиральной поверхности винта, внутренней стенкой трубки (8а) и центральным стержнем винта, если он существует в данном случае. Этот канал соответствует примерно половине входного диаметра винта. На фиг.8 штриховкой показана входная зона, перекрывающая винт. Таким образом, вход потока воздуха в данное устройство смещен по отношению к его продольной оси.

Передние кромки могут быть закруглены с тем, чтобы никакие препятствия, располагающиеся в смещенном от оси потоке всасываемого воздуха, не были способны задержать элементы мусора, особенно нити и волокна, на уровне входа потока воздуха в винт.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, как это показано на фиг. 8, 9 и 10, наклонная полоса (36) локализована на входе винта (11) с тем, чтобы сгладить вхождение потока воздуха на шаг винта и ограничить потери напора, возникающие вследствие поступления воздуха в этот винт (11).

В то же время, как это можно видеть на фиг.9 и 10, огибающая, содержащая образующую винта, не является поверхностью вращения, что позволяет освободить пространство в нижней части для ложемента двигателя. Ось винта (11) здесь не располагается параллельно оси трубки (8а).

И, наконец, длина винта (11) должна быть достаточной для того, чтобы гарантировать минимальную эффективность фильтрации в случае функционирования данного устройства при уменьшенном расходе воздуха. В предпочтительном варианте осуществления изобретения эта длина должна соответствовать по меньшей мере удвоенной величине внутреннего диаметра (К) трубки (8а).

Для того, чтобы гарантировать оптимальное функционирование устройства, может быть предусмотрена установка полупрозрачного резервуара (10) с тем, чтобы сделать видимой степень заполнения его мусором и пылью. Действительно, важно следить за тем, чтобы этот резервуар не был переполнен, и соответственно очищать его достаточно часто. Для нормальной работы пылесоса может быть весьма неблагоприятным переполнение этого резервуара мусором, поскольку этот мусор может попадать вследствие этого в трубку нагнетания (9), создавая тем самым опасность повреждения двигателя пылесоса, располагающегося по потоку позади этой трубки (9). Для того, чтобы исключить такую возможность, может быть предусмотрена установка предохранительной решетки (19) с достаточно широкими ячейками на входной поверхности трубки нагнетания (9), как это можно видеть на фиг.7а. На фиг.7б представлен другой, более проработанный вариант упомянутого принципа, где решетчатый конус (20) образует препятствующую переполнению систему.

Это устройство предварительной фильтрации в соответствии с предлагаемым изобретением может быть расположено в корпусе пылесоса и, предпочтительно, в горизонтальном положении для пылесоса напольного типа на салазках или колесах, или в вертикальном положении для пылесоса типа бака или выполненного в виде переносной щетки. Тот факт, что имеется возможность согласовать данное устройство с общим видом корпуса пылесоса, не вынуждая при этом использовать специфическую форму пылесоса для того, чтобы применить в нем устройство в соответствии с предлагаемым изобретением, позволяет в целом уменьшить габаритные размеры данного пылесоса.

В то же время, как это можно видеть на различных приведенных в приложении фигурах, данное устройство предварительной фильтрации образует автономную систему фильтрации, которая может быть интегрирована в любое место воздушного контура данного бытового прибора, присоединяя входной конец первой трубки к каналу, содержащему всасывающую насадку (1), связанную с подлежащей очищению поверхностью, и связывая выходной конец второй трубки с контуром всасывания пылесоса.

Таким образом, устройство согласно данному изобретению можно рассматривать в качестве дополнительной фильтрующей принадлежности пылесоса, подобно тому, как соответствующей его принадлежностью является, например, всасывающая насадка, и эта принадлежность может быть встроена в пылесос любого типа без использования какого-либо специфического оборудования, например, на уровне рукоятки удержания удлинительных трубок и всасывающей насадки или на уровне этих удлинительных трубок, и даже на уровне собственно всасывающей насадки.

Что касается этих вспомогательных средств фильтрации, то они в данном случае позволяют улучшить характеристики и продолжительность срока службы большинства бытовых пылесосов достаточно экономичным образом и без сложного вмешательства в их конструкцию.

Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением находит применение в области использования бытовых и промышленных пылесосов.

Изобретение касается устройства отделения и сбора мусора для аппарата уборки мусора типа пылесоса. Это устройство содержит первую трубку, имеющую отверстие для входа всасываемого пылесосом потока воздуха, и отверстие нагнетания воздуха, а также винт, установленный по существу коаксиально в этой первой трубке, вторую трубку, диаметр которой меньше наружного диаметра винта и которая располагается коаксиально в продолжении первой трубки в воздушном сообщении при помощи одного из своих концов с концом нагнетания первой трубки и в связи при помощи своего второго конца с агрегатом всасывания через первый канал отведения. Это устройство отличается тем, что оно содержит третью трубку, выполненную вокруг второй трубки и связанную с концом нагнетания первой трубки таким образом, чтобы сформировать между второй и третьей трубками второй канал отведения содержащего мусор воздуха в направлении фильтра и/или приемника мусора в соответствии с добавочным расходом воздуха. Устройство позволяет улучшить характеристики и продолжительность срока службы бытовых пылесосов достаточно экономичным образом и без сплошного вмешательства в их конструкцию. 16 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Устройство отделения и сбора мусора для аппарата уборки мусора типа пылесоса, содержащего, в частности, всасывающий агрегат, связанный с подлежащей обработке по удалению мусора поверхностью при помощи трубопровода (2, 3, 4), завершающегося всасывающей насадкой (1), причем устройство содержит первую трубку (8а), имеющую входное отверстие для потока воздуха (13), способное принимать всасываемый и подводимый к ней при помощи трубопровода воздух, и отверстие нагнетания воздуха, винт (11), установленный по существу вдоль оси первой трубки (8а), вторую трубку (9), диаметр которой меньше наружного диаметра винта (11) и которая расположена коаксиально в продолжении первой трубки (8а) и находится в воздушном сообщении при помощи одного из своих концов с концом нагнетания первой трубки (8а) и в связи при помощи другого своего конца со всасывающим агрегатом через первый канал отведения (14), отличающееся тем, что устройство содержит третью трубку (8b), выполненную вокруг второй трубки (9) и связанную с концом нагнетания первой трубки (8а) с возможностью формирования между второй и третьей трубками (9, 8b) второго канала отведения (21) частиц мусора в направлении фильтра и/или в направлении приемника мусора (10) в соответствии с добавочным расходом воздуха. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй канал отведения (21) связан с всасывающим агрегатом. 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что второй канал отведения (21) связан при помощи параллельного контура с основным всасывающим агрегатом. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что добавочный расход воздуха во втором канале отведения (21) поддерживают при помощи второго агрегата всасывания на уровне от 5 до 30% от основного расхода воздуха. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй канал отведения (21) является относительно коротким и выходит непосредственно в герметичный резервуар для мусора и пыли (10), воздушный выход которого дополнен грубым фильтром (22), предназначенным для удержания крупных частиц мусора. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вторая трубка (9) содержит боковые отверстия (16), располагающиеся в непосредственной близости от ее входного конца. 7. Устройство по любому из пп.5 и 6, отличающееся тем, что третья трубка (8b) содержит отверстие (17) в своей стенке в направлении приемного резервуара (10) для формирования сообщения между пространством, сформированным между второй трубкой (9) и третьей трубкой (8b), и внутренним объемом этого резервуара (10). 8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что наружный диаметр винта (11) по существу равен внутреннему диаметру (К) первой трубки (8а). 9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что винт (11) выполнен без центрального стержня. 10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что винт (11) содержит одну или несколько спиральных поверхностей. 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что шаг по меньшей мере одной из спиральных поверхностей винта (11) изменяется в продольном направлении. 12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что конец (30) винта (11), располагающийся со стороны входа потока воздуха, частично перекрыт для осуществления всасывания потока воздуха через винт (11) на этом конце при помощи по существу трубчатого канала, не содержащего острых кромок. 13. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что расстояние (В) между второй трубкой (9) и третьей трубкой (8b) составляет по меньшей мере 10% от величины внутреннего диаметра (К) трубки (8а). 14. Устройство по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что вторая трубка (9) расположена на расстоянии (А) от винта (11), соответствующем примерно от 5 до 20% от величины внутреннего диаметра (К) первой трубки (8а). 15. Устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что оно встроено в корпус (6) пылесоса. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что оно смонтировано в пылесосе по существу в горизонтальном положении. 17. Устройство по любому из пп.5-14, отличающееся тем, что оно представляет собой вспомогательное средство фильтрации для пылесоса, вставляемое в воздушный контур всасывания путем присоединения входного конца первой трубки (8а) к каналу, содержащему всасывающую насадку (1), связанную с подлежащей очистке от мусора поверхностью, и путем присоединения выходного конца второй трубки (9) к контуру всасывания данного пылесоса.