ПЫЛЕСОС Российский патент 2006 года по МПК A47L9/16 

Изобретение относится к устройствам пылеочистки циклонного типа и предназначено для использования в бытовых помещениях в качестве, предпочтительно, встроенного пылесоса. Такие пылесосы имеют большую мощность, устанавливаются стационарно и снабжаются стационарными входными и выходными трубопроводами.

Известно устройство аналогичного назначения, состоящее из последовательно соединенных секции пылесборника, секции цилиндрического циклона, которая в верхней части имеет тангенциальный вход пылевоздушной смеси, а в нижней части - пылеразделитель, выполненный в виде усеченного конуса, вершина конической поверхности которого обращена в сторону секции пылесборника, и секцию, соединенную через отверстие в крышке с побудителем тяги и через фильтр из пористого материала - с верхней частью цилиндрического циклона (см. PCT/SE 98/00241). В секции пылесборника устройства установлен поддерживаемый по объему при помощи эжекторного устройства эластичный накопитель пыли.

Известно также устройство, состоящее из последовательно соединенных секции пылесборника, секции двойного циклона, которая в верхней своей части имеет тангенциальный вход пылевоздушной смеси, а в нижней части - пылеразделитель, выполненный в виде усеченного конуса, обращенного вершиной конической поверхности в сторону секции пылесборника, имеющего на своей конической поверхности ребра, и побудителя тяги (см. заявку ФРГ №10124216, кл. А 47 L 9/16, 10.01.2002).

Основной недостаток этих устройств заключается в том, что используемые в них цилиндрический и двойной циклоны и пылеразделитель не позволяют в достаточной степени разделить пылевой и воздушные потоки. Это следует объяснить тем, что вращательное движение воздуха и пыли, хотя и значительно ослабленное, присутствует не только на поверхности пылеразделителя, но даже в секции пылесборника, не позволяя пыли полностью "успокоится". При этом в восходящем воздушном потоке циклона присутствует некоторая часть пыли. Установка фильтра из пористого материала на пути воздушного потока значительно уменьшает содержание пыли в выходном воздушном потоке, но приводит к удорожанию эксплуатации пылесоса как из-за необходимости периодической замены фильтра, так и из-за снижения КПД пылесоса, вызываемого дополнительным сопротивлением фильтра из пористого материала, оказываемым воздушному потоку, и, как следствие, к снижению КПД пылесоса.

Основной задачей, решенной при создании изобретения, следует считать повышение КПД пылесоса. Это особенно актуально, если учесть, что встроенные пылесосы имеют значительную мощность электродвигателя побудителя тяги (свыше 1,5 кВт). Осуществить решение такой задачи удалось за счет ряда конструктивных введений в пылесос, которые позволили получить в качестве технического результата высокую степень очистки пылевоздушной смеси от пыли при относительно малом сопротивлении элементов пылесоса проходящему через него воздушному потоку.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в пылесосе, содержащем секцию пылесборника, соединенную с секцией двойного циклона, имеющего внутреннюю часть в виде цилиндра, в верхней части - тангенциальный вход пылевоздушной смеси, в нижней части - пылеразделитель, выполненный в виде усеченного конуса, обращенного вершиной конической поверхности в сторону секции пылесборника и имеющего на внутренней конической поверхности ребра, расположенные по направлению в сторону ее вершины, и побудитель тяги, установленный в отверстии крыши секции двойного циклона и имеющий электродвигатель и соосно ему расположенную воздушную турбину с тангенциальным выходом воздушного потока, при этом площадь сечения внутренней части двойного циклона не превышает площадь сечения его внешней части.

Кроме того, указанный технический результат достигается и за счет выполнения профиля ребра в виде квазиэвольвенты.

На фиг.1 представлен вид пылесоса в разрезе; на фиг.2а и 2б - варианты выполнения ребер: фиг.2а - с изменяющейся высотой, фиг.2б - в виде квазиэвольвенты.

Пылесос содержит последовательно соединенные секцию 1 пылесборника, секцию 2 двойного циклона, которая в верхней части имеет тангенциальный вход 3 пылевоздушной смеси, в нижней части - пылеразделитель 4, выполненный в виде усеченного конуса, вершина конической поверхности которого обращена в сторону секции 1 пылесборника, и побудитель 5 тяги, установленный в отверстии крышки 6 секции 2 двойного циклона и выполненный в виде электродвигателя 7 с соосно расположенной с ним воздушной турбиной 8 с тангенциальным выходом 9 воздушного потока. На внутренней конической поверхности пылеразделителя 4 по направлению в сторону ее вершины установлены ребра 10 (на фиг.1 показаны только два ребра с неизменяющейся высотой). Ребра 10 могут иметь изменяющуюся высоту (фиг.2а) или быть выполнены в виде квазиэвольвенты (фиг.2б). (Под квазиэвольвентой подразумевается линия в пространстве, т.е. на конической поверхности, образованная по правилам эвольвенты. В данном случае ребро образует нормаль в нижней (фиг.1) части усеченного конуса пылеразделителя). Внутренняя часть двойного циклона может быть выполнена в виде цилиндра 11, при этом площадь его сечения не превышает площадь сечения его внешней части.

При работе устройства турбина 8 побудителя тяги приводится в действие электродвигателем 7. При этом на выходе 9 появляется избыточное давление воздуха, а в секции 2 (и на входе 3) - соответствующее ему разрежение. Под воздействием этого разрежения пылевоздушная смесь поступает через вход 3 в двойной циклон. Выполнение входа 3 тангенциальным заставляет поток пылевоздушной смеси вращаться между двумя частями двойного циклона. В процессе продвижения пылевоздушной смеси по циклону (сверху вниз) происходит разделение пыли и воздуха, при этом пыль, имея удельную массу больше удельной массы воздуха, распределяется вдоль внешней части циклона (по периметру секции 2), попадает на пылеразделитель 4 и ссыпается в секцию 1. Очищенный от пыли воздух удаляется через внутреннюю часть двойного циклона и турбину 8 на выход 9. По мере продвижения пылевоздушной смеси по циклону скорость вращательного движения потока уменьшается и за счет ребер 10 падает до нуля. Возникающие при этом некоторые завихрения воздушного потока практически не сказываются на качестве пылеочистки, но несколько снижают КПД устройства. Лучшие результаты получаются, если ребра 10 выполнить увеличивающимися по высоте (см. фиг.2а). В том случае замедление (на конечном этапе) вращательного движения воздушного потока происходит более плавно. Еще более плавное замедление вращательного движения воздушного потока получается в случае выполнения профиля ребер 10 в виде квазиэвольвенты (на фиг.2б представлен профиль ребра 10 на части развертки пылеразделителя 4). В данном случае на периметре пылеразделителя 4 направление ребер 10 первоначально совпадает с направлением воздушного потока, а в его центре - перпендикулярно ему. Однако такое выполнение профиля ребер 10 увеличивает стоимость производства устройства и несколько усложняет его эксплуатацию. Выполнение внутренней части двойного циклона в виде цилиндра 11 (см. фиг.1) приводит к появлению в ней ламинарного потока воздуха, что ведет к уменьшению сопротивления воздушному потоку всего двойного циклона. Возникающую при этом неоптимальность соотношений форм элементов двойного циклона (цилиндр во внешней части и цилиндр во внутренней части, а не конический раструб) компенсируется соответствующим выбором площадей сечений частей двойного циклона. Учитывая, что площадь сечения внешней части двойного циклона больше площади сечения его внутренней части, можно сделать вывод, что на этапе пылеотделения (во внешней части) поступательная скорость сверху вниз пылевоздушной смеси может быть сделана достаточно малой, удовлетворяющей оптимальным условиям разделения пыли и воздуха.

Таким образом, введение ребер в пылеразделителе повысило КПД пылесоса, так как позволило при прочих равных условиях отказаться от использования фильтров из пористых материалов. Тому же способствует и особая форма выполнения профиля упомянутых ребер, а также выполнение внутренней части двойного циклона в виде цилиндра с заданными соотношениями площадей сечений внутренней и внешней части двойного циклона. Экспериментальная проверка данного устройства показала, что при прочих равных условиях его КПД на 5-7% выше, чем у известных.

Пылесос может быть использован в бытовых помещениях в качестве встроенного пылесоса, который имеет большую мощность, устанавливается стационарно и снабжен стационарными входными и выходными трубопроводами, и позволяет повысить КПД. Пылесос содержит секцию пылесборника, соединенную с секцией двойного циклона, имеющего внутреннюю часть в виде цилиндра, в верхней части - тангенциальный вход пылевоздушной массы, в нижней - пылеразделитель, выполненный в виде усеченного конуса, обращенного вершиной конической поверхности в сторону пылесборника и имеющего на внутренней конической поверхности ребра, расположенные по направлению в сторону ее вершины. В отверстии крышки секции двойного циклона установлен побудитель тяги, имеющий электродвигатель и соосно ему расположенную воздушную турбину с тангенциальным выходом воздушного потока. Площадь сечения внутренней части двойного циклона не превышает площадь сечения его внешней части. Профиль ребра образует квазиэвольвенту. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пылесос, содержащий секцию пылесборника, соединенную с секцией двойного циклона, имеющего внутреннюю часть в виде цилиндра, в верхней части - тангенциальный вход пылевоздушной смеси, в нижней - пылеразделитель, выполненный в виде усеченного конуса, обращенного вершиной конической поверхности в сторону пылесборника и имеющего на внутренней конической поверхности ребра, расположенные по направлению в сторону ее вершины, и побудитель тяги, установленный в отверстии крышки секции двойного циклона и имеющий электродвигатель и соосно с ним расположенную воздушную турбину с тангенциальным выходом воздушного потока, при этом площадь сечения внутренней части двойного циклона не превышает площадь сечения его внешней части.2. Пылесос по п.1, в котором профиль ребра образует квазиэвольвенту.