專利名稱：拾取與收集顆粒狀物質(zhì)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拾取與收集顆粒狀物質(zhì)的裝置，本發(fā)明針對一種類型的真空清潔機(jī)，例如對地毯或類似物品清潔用的地板真空吸塵器。不過，本發(fā)明并不局限于真空吸塵器，而可擴(kuò)展到從液體中去除顆粒的裝置，以及從氣體、液體或氣/液混合體中去除顆粒的裝置。本發(fā)明還可擴(kuò)展到分離系統(tǒng)，該分離系統(tǒng)并非局限于必須使用真空清潔機(jī)，而是用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從流體流中分離顆粒。本發(fā)明將一般地結(jié)合真空清潔機(jī)進(jìn)行說明，該真空清潔機(jī)可為家用、工業(yè)用或?qū)Ｓ谜婵涨鍧崣C(jī)。
現(xiàn)有技術(shù)真空清潔機(jī)借助于風(fēng)扇產(chǎn)生抽吸作用，該風(fēng)扇在機(jī)殼后部排放一強(qiáng)大的空氣流。這就形成一強(qiáng)有力的空氣進(jìn)氣流，該空氣進(jìn)氣流攜帶從吸嘴所施加的地毯或地板捕獲的任何污物顆粒。風(fēng)扇具有沿某一角度設(shè)置的大量葉片，風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)沿其軸向形成空氣流。此空氣流通過一袋，污物在袋中沉積和收集而對空氣流并無明地阻礙。
真空清潔機(jī)的一個缺點(diǎn)在于其整個體積的空氣的體積要進(jìn)入污物積聚室且必須穿過污物袋的壁。如果污物袋變得過滿或堵塞，真空清潔機(jī)的效率將降低，并可能導(dǎo)致真空清潔機(jī)本身損壞。
真空清潔機(jī)的效率取決于空氣流速和吸氣功率兩個因素。吸氣的性能是此兩因素的乘積。因此，當(dāng)流速最大時吸氣力低，反之，吸氣功率大時流速低。一臺真空清潔機(jī)要有效起作用，必須吸氣力和流速適當(dāng)。
傳統(tǒng)的真空清潔機(jī)的另一缺點(diǎn)在于空氣流的流速和流量較低。沿地毯或地面和進(jìn)入真空清潔機(jī)頭的氣流速度在很大程度決定了真空清潔機(jī)的效率。因此希望高速空氣和大量空氣。
真空清潔機(jī)的其它缺點(diǎn)在于電機(jī)較高的功率消耗，通常超過1000kW就難于制造電池供電的真空清潔機(jī)；且風(fēng)扇的效率低。
本人早期的專利申請WO97/08983介紹了一種真空清潔機(jī)，該真空清潔機(jī)具有曲線體，流體可在曲線體周圍循環(huán)，曲線體具有下部，該下部使用中適于鄰近抽真空區(qū)，此下部的尺寸設(shè)計成提供一較低壓力的表面，曲線體還具有上部，該上部尺寸設(shè)計成提供一高壓表面，流體加速裝置用于加速曲線體附近的流體，流體流分割器設(shè)置在曲線體的上部，用于將流體流分割出再循環(huán)部，該再循環(huán)部繼續(xù)在曲線體周圍運(yùn)動，而進(jìn)入污物積聚室的廢棄部分從積聚室排出。
曲線體的形狀可為環(huán)形或螺環(huán)形(toroid)。曲線體不必對稱，且其橫截面可略呈橢圓形。曲線體并不整個為曲線形，如果需要曲線體的一部分可以為直線。使用真空清潔機(jī)時，流體流分割裝置(splitter)將流體分割為再循環(huán)部和廢棄部。進(jìn)入廢棄部的空氣需要經(jīng)過上排氣管排出，此排氣管可與一過濾網(wǎng)結(jié)合使用。
真空清潔機(jī)可能存在的缺點(diǎn)在于，從廢棄流中去除顆粒物質(zhì)是通過將空氣流速度下降而使顆粒物質(zhì)落到收集籃中。對于微細(xì)顆粒物質(zhì)的分離，這并不總是有效的。此外，相當(dāng)量的空氣仍必須經(jīng)過真空清潔機(jī)頂部排出。
已知可借助于使流體旋轉(zhuǎn)而從流體流中分離顆粒，并用離心力去除顆粒。工業(yè)分離機(jī)(cyclone)就使用這一原理。不過，現(xiàn)有的此類分離機(jī)并不很有效，特別是如果要求分離機(jī)尺寸十分小，且需要分離十分小的顆粒?；诖死碛?，這些分離機(jī)尚未在商業(yè)上在眾多應(yīng)用領(lǐng)域例如真空清潔機(jī)方面獲得成功。
所有已知真空清潔機(jī)和旋轉(zhuǎn)式分離機(jī)的另一缺點(diǎn)在于，清潔后的氣體或液體流從裝置中排出。這使得此裝置不適合于在要求排出散發(fā)物(exhuast emission)最小甚至沒有的場合。例如，具有過敏癥問題的人們發(fā)現(xiàn)，從清潔裝置中排出的排出物能導(dǎo)致過敏反應(yīng)。醫(yī)院和其它潔凈室發(fā)現(xiàn)從清潔裝置排出的排出物仍然向空氣中吐出污染物。
發(fā)明目的本發(fā)明針對一種可從流體中分離顆粒狀物質(zhì)的裝置。
在一具體形式中，本發(fā)明包括一種拾取與收集顆粒狀物質(zhì)的裝置，此裝置可用作真空清潔機(jī)，且該裝置在分離顆粒狀物質(zhì)方面可具有更高的效率。
在本發(fā)明的一種推薦形式中，此裝置為一種“零散發(fā)物裝置”，這意味著極少或沒有從該裝置通過的空氣排放。這種形式的裝置在無菌環(huán)境和必須拾取并安全收集危險廢棄物的環(huán)境發(fā)現(xiàn)特殊的應(yīng)用。
本發(fā)明以另一種形式應(yīng)用于一種分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與真空清潔機(jī)或其它裝置一起使用，此系統(tǒng)利用一種特殊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從流體流中分離顆粒。
本發(fā)明以一種形式設(shè)置在一種裝置中以拾取并收集顆粒物質(zhì)，該裝置具有外殼，外殼內(nèi)設(shè)有空氣流或流體流再循環(huán)的通道，此具有底槽的通道可為環(huán)形，通道適于通過被拾取的顆粒材料，一曲線體設(shè)置在槽內(nèi)并將槽分為兩部分，槽和機(jī)體設(shè)置成使空氣流或流體流經(jīng)過槽的一部分，在曲線體一部分的周圍，進(jìn)入槽的另一部分，并在此過程拾取顆粒物質(zhì)，分離室與通道連通或構(gòu)成通道的一部分，在其中，顆粒物質(zhì)被從空氣流或流體流中分離，加速裝置用于加速空氣流或流體流通過通道。
本發(fā)明以另一種形式設(shè)置在一種用于從流體流中分離顆粒的裝置中，此裝置包括分離室，此分離室具有一個或多個外壁；至少一流體入口，設(shè)置在鄰近分離室的外壁；至少一流體出口，此出口設(shè)置在從流體出口向內(nèi)一段距離，裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)置為，包含顆粒的流體從至少一個流體入口進(jìn)入分離室，沿較大的第一直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使旋轉(zhuǎn)顆粒材料朝向分離室的外壁運(yùn)動，隨后，流體沿較小的第二直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過具有第一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的流體中心部返回。
本發(fā)明以另一種形式應(yīng)用于從包含顆粒的流體流中分離顆粒材料的方法，該方法包括使第一流體流沿較大的第一直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以借助于離心力從流體流中去除顆粒；隨后使流體流沿較小直徑的第二直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并穿過流體返回第一流體流的中心部。
本發(fā)明以另一種形式設(shè)置在一種真空清潔機(jī)中，該真空清潔機(jī)具有外殼，該外殼具有內(nèi)循環(huán)空氣通道，空氣流通過該通道再循環(huán)；空氣加速裝置，用于經(jīng)過通道加速空氣流；通道，具有第一內(nèi)通道和第二外通道，所述通道在外殼底部借助于一環(huán)形槽連接，該環(huán)形槽鄰近將抽真空的區(qū)域；環(huán)形曲線體，設(shè)置在槽內(nèi)，比槽的最下邊緣略微向內(nèi)，以將槽分為構(gòu)成內(nèi)通道一部分的內(nèi)部和構(gòu)成外通道一部分的外部，曲線體和槽設(shè)置成使被加速的空氣流向下進(jìn)入內(nèi)環(huán)形通道，經(jīng)過槽的內(nèi)部，在曲線體的周圍向上進(jìn)入槽的外部，并進(jìn)入外通道，在此過程中從所述區(qū)域拾取顆粒物質(zhì)；分離室，與外通道連通，在分離室中空氣流呈螺旋氣流，以使顆粒物質(zhì)旋轉(zhuǎn)出并進(jìn)入收集區(qū)，內(nèi)通道與分離室連通，以允許分離出顆粒后的空氣流經(jīng)過內(nèi)通道再循環(huán)并再流向槽。
此裝置將結(jié)合其作為真空吸塵器應(yīng)用進(jìn)行說明，不過應(yīng)當(dāng)理解，“真空清潔機(jī)”這一術(shù)語應(yīng)當(dāng)廣泛地解釋，它可能包括從并非地毯和地板上拾取顆粒材料的裝置。例如，此裝置可用于在工業(yè)區(qū)和礦區(qū)拾取和收集顆粒物質(zhì)。
分離室可以一種經(jīng)過改進(jìn)的方式分離包含在空氣流中的顆粒材料，這種方式是通過使空氣流在分離室內(nèi)作螺旋運(yùn)動。在這種方式中，顆粒材料利用離心力轉(zhuǎn)出空氣流。這樣可較好地從空氣流中分離顆粒材料。分離室可具有設(shè)有開口的環(huán)繞壁，顆粒材料可與一部分空氣流通過此開口。環(huán)繞壁可與收集區(qū)連通，進(jìn)入收集區(qū)的顆粒材料可被收集。收集區(qū)可包括使空氣流速度下降的裝置以使顆粒材料從中分離。
在本發(fā)明的一種形式中，真空清潔機(jī)設(shè)置成很少或沒有散發(fā)物從真空清潔機(jī)中發(fā)散。這可借助于使在空氣流通過槽并環(huán)繞曲線體時，不從周圍區(qū)域?qū)⑼獠靠諝馕肟諝饬鱽韺?shí)現(xiàn)。為此，在通過槽之前，可將一部分空氣流分割出，被分割出的空氣流可引至鄰近槽，于是，分出的部分被經(jīng)過管道的空氣流帶走(entrain)。這樣，很少或沒有額外的空氣被空氣流捕獲。因此，沒有使通過管道循環(huán)的空氣量帶來凈增長，于是不需設(shè)空氣出口，這種出口可導(dǎo)致各種微細(xì)顆粒彌散在室內(nèi)。
空氣分割部的另一優(yōu)點(diǎn)在于，這部分空氣可以極高的速度引至將被清潔的區(qū)域，以有助于使污物松散和清潔作用。
附圖簡介本發(fā)明之一實(shí)施例將結(jié)合附圖予以說明，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例之真空清潔機(jī)的剖視圖；圖2為圖1所示真空清潔機(jī)的底視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例之真空清潔機(jī)的剖視圖；圖4A和4B圖解說明真空清潔機(jī)的拐角附件；圖5圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例從空氣流分離顆粒的裝置；圖6圖解說明圖5所示裝置的一種方案；圖7圖解說明一種拾取頭的底視圖，此拾取頭為直線型；圖8示出圖7所示拾取頭的側(cè)視圖；圖9為一環(huán)形拾取頭的底視圖；圖10示出了圖9所示拾取頭的側(cè)視圖；圖11為用于向圖9所示拾取頭供給空氣裝置的平面視圖；圖12示出了圖11所示裝置的剖視圖；圖13示出了圖11所示裝置連接在一顆粒分離裝置，該顆粒分離裝置為圖5.2所示裝置的一種形式。
最佳實(shí)施方式參看圖1剖視圖，圖示真空清潔機(jī)10的主要組成部分包括外殼11；空氣內(nèi)循環(huán)通道，該通道包括內(nèi)環(huán)形通道12、外環(huán)形通道13、環(huán)形底槽14；曲線體15，設(shè)置在槽內(nèi)；上分離室16；風(fēng)扇式空氣加速裝置17；電機(jī)18，用于驅(qū)動風(fēng)扇17。
真空清潔機(jī)10可用金屬、塑料、復(fù)合材料或其它合適材料制成。真空清潔機(jī)相當(dāng)小，其直徑大約40cm，高度大約40cm。自然，根據(jù)使用需求可設(shè)想更大或更小的真空清潔機(jī)。真空清潔機(jī)外殼內(nèi)11具有再循環(huán)空氣通道，圖1中箭頭示出了空氣氣流的總體方向。風(fēng)扇17可為國際專利申請PCT/AU93/00581所述的設(shè)計。風(fēng)扇17具有輪轂19和數(shù)個延伸的葉片20。風(fēng)扇17以高速旋轉(zhuǎn)，使空氣以高速下行至內(nèi)環(huán)形通道12并流向槽14。槽14的寬度在5mm至20mm之間(不過此數(shù)值可根據(jù)需要改變)，設(shè)置在真空清潔機(jī)底部并鄰近所抽真空的地板表面21。環(huán)形槽14由外殼11的下部22和電機(jī)殼的下部23所限定。自然，下部23不需是電機(jī)殼的一部分而可單獨(dú)制成。設(shè)置在環(huán)形槽14內(nèi)的為環(huán)形曲線體15。環(huán)形曲線體15將槽14分為兩個分槽，即內(nèi)分槽24(吹送槽)和外分槽25。曲線體15的最下部從槽向內(nèi)離一段距離，這樣當(dāng)真空清潔機(jī)放置在地板21上時，在曲線體15底部與地板21之間形成一小間隙，此間隙使空氣流能環(huán)繞曲線體通過。
曲線體15具有上環(huán)形部26，此環(huán)形部向上延伸并朝向分離室16的底部，此環(huán)形部起分離內(nèi)環(huán)形通道12和外環(huán)形通道13的作用。環(huán)形部26設(shè)置成鄰近風(fēng)扇葉片20，以允許風(fēng)扇葉片20在環(huán)形部26內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，使風(fēng)扇葉片20的外邊緣與環(huán)形部26的內(nèi)壁具有良好的接觸。這樣，環(huán)形部26的這部分起風(fēng)扇17的屏障作用。
當(dāng)風(fēng)扇17以高速旋轉(zhuǎn)時，空氣經(jīng)過風(fēng)扇，并以高速通過內(nèi)分槽24，該內(nèi)分槽可視為一環(huán)形吹送槽。借助于通過吹送槽吹送，空氣貼附曲線體15，并將借助于附壁效應(yīng)，隨曲線體表面流動。當(dāng)空氣以高速通過吹送槽并環(huán)繞曲線體15的最下部，空氣拾取曲線體15周圍諸如灰塵或污物等顆粒狀物質(zhì)，并環(huán)繞曲線體15攜帶這些顆粒狀物質(zhì)向上進(jìn)入外環(huán)形通道13。
外環(huán)形通道13為錐形，該錐形從鄰近槽14處之下端直徑方向較寬變成上端處直徑方向較窄，此環(huán)形通道與分離室16的底部連通。借助于此錐形，沿外環(huán)形通道13流過的空氣流被迫以增高的每分鐘轉(zhuǎn)速呈螺旋線通過環(huán)形通道。就是說，當(dāng)進(jìn)入空氣流的顆粒向上通過通道13時，在向分離室16前進(jìn)過程中，也按螺旋線以越來越高的每分鐘轉(zhuǎn)速行進(jìn)。螺旋作用可通過在通道13中設(shè)置偏折裝置30而得到促進(jìn)，該偏折裝置為一種折角元件，例如槽凸片或葉片，這些元件使空氣流變成螺旋線氣流。
此第一實(shí)施例的外環(huán)形通道13下部制成具有球形增大部31，此增大部形成第一收集區(qū)的一部分。在此收集區(qū)，被吸入的較大顆粒32借助于其自身較大的質(zhì)量從向上運(yùn)動的空氣流中分離，并落入收集區(qū)31以便隨后清除。
在增大部31之前，外通道較窄以便在外通道中形成壓力降。這種壓力降使空氣流具有增大速度的趨勢。偏折裝置30促進(jìn)空氣流轉(zhuǎn)折成螺旋形氣流，從而可增加速度。
較小的顆粒33仍舊被攜帶在向上運(yùn)動的螺旋形氣流中?？諝饬魍ㄟ^分離室16底部開口，在開口處的空氣流以較高的每分鐘轉(zhuǎn)速作螺旋形運(yùn)動。一旦進(jìn)入分離室16，較小的顆粒33旋轉(zhuǎn)出空氣流，并通過分離室16四周壁上的開口34。較小顆粒穿過開口進(jìn)入第二收集區(qū)35。在此區(qū)，空氣流的速度下降，且可借助于在收集區(qū)設(shè)置擋板(未示出)而促使氣流速度下降，空氣流速度的下降使較小顆粒33下落并停留在第二收集區(qū)35中。被分離顆粒后的螺旋形旋轉(zhuǎn)空氣流到達(dá)分離室16的頂壁36，并成螺旋形向內(nèi)向下流向內(nèi)環(huán)形通道12的上部。標(biāo)號37表示向下的螺旋形空氣流。內(nèi)環(huán)形通道12具有頂端開口38，該開口與分離室16的底端開口連通，但與外環(huán)形通道13向內(nèi)相距一段距離。
借助于這種設(shè)置，從外環(huán)形通道13進(jìn)入分離室16的空氣繞分離室16旋轉(zhuǎn)，并被迫適應(yīng)緊縮的螺旋形37運(yùn)動，此時，該空氣向下通過風(fēng)扇17進(jìn)入內(nèi)循環(huán)通道12。由于空氣流采取較小直徑(tighter)的螺旋形運(yùn)動，空氣流將以更高的每分鐘轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這有助于使細(xì)微顆旋轉(zhuǎn)向外，微細(xì)顆粒隨后在分離室16內(nèi)將成為夾帶在螺旋向上旋轉(zhuǎn)的留下的空氣中(注意向上取決于觀察者的觀察角度)。這樣，得以避免灰塵經(jīng)過風(fēng)扇或流體驅(qū)動裝置返回。僅僅極細(xì)的顆粒穿過風(fēng)扇返回，而在大范圍內(nèi)并不削弱清潔機(jī)的功能。
為輔助清潔作用，也為了使外界空氣的夾帶最小，在緊鄰槽14處設(shè)有開口40。開口40可為孔陣列的形式或制成環(huán)形槽。
向下至內(nèi)環(huán)形通道12的空氣流將有一部分空氣分裂出，并穿過開口40，該分裂空氣部具有在地板21上高速吹氣以使顆粒狀物質(zhì)松散的作用。此外，分裂出的空氣部將被環(huán)繞曲線體15流動的留下的空氣流夾帶，這意味著將很少有或沒有額外的空氣穿過槽。因此，在收集區(qū)不需要出口(vent)以排放任何壓力的積聚，這種壓力積聚是由于夾帶在流體流中的外界空氣所引起。如果有某些空氣被夾帶在流體流中，且需要設(shè)置出口，這些出口可制成很小，并可以一種極有效的過濾器覆蓋，這種過濾器不可用于傳統(tǒng)的真空清潔機(jī)，傳統(tǒng)的真空清潔機(jī)必須排放大量的空氣。
流經(jīng)孔40的流體作為一種噴射流撞擊地毯、地板或地面。這使得顆粒物質(zhì)松散。然后，隨著流體的速度本質(zhì)上降為零，空氣在一瞬間不流動。這就使得靜壓力瞬時升高，而流體流沖向低壓區(qū)，該低壓區(qū)由從槽24流出的附壁射流所造成。從槽24噴出的高速射流向任何射流那樣希望帶走什么。在此情況下，它夾帶從孔40排出的流體，而并不夾帶裝置之外的任何大量空氣。
圖3示出了本發(fā)明之第二實(shí)施例。在此實(shí)施例中，風(fēng)扇50距環(huán)形槽51一段距離。除此之外，本發(fā)明以類似方式工作。例如，圖3所示真空清潔機(jī)中，風(fēng)扇50使空氣流加速，通過一內(nèi)部管形通道52流向環(huán)形槽51。環(huán)形槽51借助于錐形塞55與外環(huán)形通道54壁而形成。環(huán)形曲線體55設(shè)置在槽51內(nèi)，也略向內(nèi)相距一段距離，這樣，空氣可通過在曲線體附近的吹送槽56吹送入外通道54。
如圖1所述，孔40也可設(shè)置成鄰近圖3中的槽56，不過，圖中并未示出。圖3所示拾取頭的下視圖本質(zhì)上類似于圖2所示視圖具有孔40。
剖切線57圖解說明環(huán)形槽51距風(fēng)扇50可為任何方便的距離。外通道54還具有第一環(huán)形收集區(qū)62，用于收集較重的顆粒；分離室58，在該分離室使微細(xì)顆粒以類似于參考圖1所述的方式旋轉(zhuǎn)。在收集區(qū)62之前，通道變窄以形成壓力降，這種壓力降使空氣流速度升高?？諝庋赝ǖ肋\(yùn)動時可用轉(zhuǎn)折裝置幫助空氣旋轉(zhuǎn)。
分離室58在側(cè)壁上還具有開口59，顆粒物質(zhì)可通過此開口并進(jìn)入第二積聚室60。使用過程中，空氣流通過風(fēng)扇50，在此處，空氣被加速并以高速被推動通過環(huán)形吹送槽56，環(huán)繞曲線體55，上升進(jìn)入外通道54，穿過外通道54進(jìn)入第一收集區(qū)62，在此，較重的顆粒離開空氣流?？諝饬骼^續(xù)通過通道54并進(jìn)入分離室58，在此過程中，通道54向內(nèi)成錐形，這使得空氣流增加每分鐘轉(zhuǎn)速?？諝饬髟诜蛛x室58內(nèi)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其到達(dá)外壁61時，空氣螺旋形盤旋成更小的圓環(huán)，以返回進(jìn)入內(nèi)通道52的進(jìn)氣口并穿過風(fēng)扇50。
圖4A和4B示出了真空清潔機(jī)所用轉(zhuǎn)角附件。轉(zhuǎn)角附件80的平面視圖大體為三角形(見圖4B)，并具有兩直線外邊81、82及一曲線形內(nèi)邊82A，此內(nèi)邊與真空清潔機(jī)壁的外部曲線互補(bǔ)。一對氣流管83A、83B延伸通過孔95、96，此管具有突出入內(nèi)通道12的端部84、85，此端部制成勺形，以促進(jìn)空氣流的一部分通過管道流動。管的另一端86、87具有較低的開口88、89，當(dāng)轉(zhuǎn)角附件處于圖4A和4B所示位置時，此開口被封閉。(自然，管的數(shù)量和尺寸可能更改)。轉(zhuǎn)角附件由彈簧90施加偏壓，這就允許將轉(zhuǎn)角附件推靠在真空清潔機(jī)的外壁上。此時，管83A、83B被進(jìn)一步推入孔95、96，而管的開口88、89現(xiàn)在與孔91連通，該孔本身與具有一組下部小孔93的室92連通。
當(dāng)反抗彈簧90的偏壓將轉(zhuǎn)角附件80推靠真空清潔機(jī)時，高壓空氣可沿管83、84流經(jīng)孔91進(jìn)入室92，并通過小孔93抵達(dá)地面以搜集灰塵和污物顆粒。返回管97與外通道13連通，但僅當(dāng)轉(zhuǎn)角附件80被向上推靠真空清潔機(jī)時連通。
應(yīng)當(dāng)指出，拾取頭在平面視圖中不必是環(huán)形，在平面視圖中可為任何合適的形狀。
此真空清潔機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)。借助于其低發(fā)散或沒有發(fā)散，此真空清潔機(jī)可用于諸如醫(yī)院的無菌環(huán)境。此真空清潔機(jī)可用于拾取和收集有害顆粒，而減少或沒有可能從真空清潔機(jī)排出的任何顆粒。電機(jī)18可由流經(jīng)真空清潔機(jī)的通風(fēng)(未示出)冷卻，但流經(jīng)通風(fēng)口的空氣并不與任何循環(huán)空氣混合?？諝饬鹘?jīng)過環(huán)繞圖1所示曲線體15后，空氣流通道橫截面增加，空氣每分鐘轉(zhuǎn)速較低，以有利于去除較大的顆粒32。通道隨后成錐形以使橫截面變窄，因此增加空氣的每分鐘轉(zhuǎn)速。
應(yīng)當(dāng)指出，液體可被這種真空清潔機(jī)以與吸取顆粒的方式相同的方式吸起和收集，只要電機(jī)與液體隔絕，不會損壞系統(tǒng)。
此真空清潔機(jī)的基本特征在于，一方面只排出微量空氣或沒有空氣排出，另一方面也沒有任何其它流體排出，此種真空清潔機(jī)并不局限于如上所提及僅適于家庭使用。某些形式的裝置可浸泡在諸如水之類的任何液體中工作以從液體中去除顆粒物質(zhì)。流體的再循環(huán)本質(zhì)上是在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行，并不需要從周圍吸取外界流體。因此沒有或極少流體從系統(tǒng)中排出，本質(zhì)上可描述為封閉回路系統(tǒng)。
充滿水或任何液體中的顆粒，可用某種形式的此種裝置處理。無論附壁拾取頭(Coanga pick up head)設(shè)置成距電機(jī)和風(fēng)扇或其它流體加速裝置一段距離，還是極其靠近它們。均能使這一封閉回路起作用，且大部分污物和其它顆粒物質(zhì)可借助于任何裝置去除，不過推薦使用在此所述的渦流裝置(vortex)。并不需要在第一次循環(huán)中把每一片余下的顆粒狀物質(zhì)去除，因?yàn)樗鼈儠俅窝h(huán)，且隨后并不返回周圍環(huán)境。
本發(fā)明的一種變型設(shè)計可浸泡在游泳池中，以從水中分離和收集顆粒狀材料。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例之真空式清潔機(jī)。在此實(shí)施例中，真空清潔機(jī)的下部類似于參考圖1所作的說明，因此相似的部分用相似的數(shù)字表示。例如，圖5所示真空式清潔機(jī)也具有外殼11；內(nèi)部空氣再循環(huán)通道，該通道包括內(nèi)環(huán)形通道12、外環(huán)形通道13、環(huán)形底槽14和設(shè)置在槽內(nèi)的環(huán)形曲線體15。由電機(jī)18驅(qū)動的風(fēng)扇17設(shè)置在外殼內(nèi)。環(huán)形曲線體15將槽14分為兩分槽，即內(nèi)吹送槽24和外槽25。流體，例如空氣，由風(fēng)扇17加速以向下流經(jīng)內(nèi)槽12、環(huán)繞曲線體15、并向上通過外槽13。在風(fēng)扇17之上為渦流室110，該渦流室設(shè)置成U形。包含灰塵或其它顆粒材料的空氣從通道13向上，由于參考圖1所作說明的緣故，空氣作螺旋運(yùn)動?？諝饨?jīng)過進(jìn)氣口111進(jìn)入渦流室110，該進(jìn)氣口鄰近渦流室110的壁。空氣在渦流室110內(nèi)形成渦流112，該渦流在鄰近渦流室110壁處形成較大直徑的渦流。渦流流經(jīng)渦流室110的曲線形路徑并進(jìn)入收集區(qū)113。隨后，渦流形成較小直徑的第二渦流114(又稱內(nèi)渦流)，該內(nèi)渦流向返回外渦流112中部附近運(yùn)動，以通過風(fēng)扇返回。重力幫助使污物和顆粒物質(zhì)保持在收集區(qū)113的底部。收集區(qū)113可為一種用卡圈115緊固的可移去室或杯，該卡圈可拆卸，因此收集區(qū)113可移去并將其排空。卡圈115可用傳統(tǒng)的方法安裝，例如可用螺紋連接或設(shè)置連接卡口將兩部分連接在一起。
為了使較大顆粒最后在收集區(qū)113內(nèi)，球形增大部31具有比圖1中增大部較小的橫截面。這有助于將較大、較重顆粒經(jīng)過通道13沿渦流室110向上沖去，并進(jìn)入收集區(qū)113。于是，借助于形成更強(qiáng)烈的渦流，這可以更容易地實(shí)現(xiàn)。在圖5和6所示實(shí)施例中，通道13并不需要向內(nèi)傾斜，但在任何點(diǎn)，特別是在進(jìn)入渦流室110上部的入口處可能向外傾斜或采取其它的設(shè)置，以便幫助較重顆粒隨渦流向上行進(jìn)。
渦流室110不需向圖5所示那樣是準(zhǔn)確的U形或環(huán)繞180°的曲線形。例如，從某種方便、幾何要求和實(shí)際需要考慮，曲線部的包容角可以更小或更大。任何形式的設(shè)置都可以實(shí)現(xiàn)，只要形成兩種渦流，即外渦流和內(nèi)渦流，內(nèi)渦流的行進(jìn)方向與外渦流行進(jìn)方向相反。
參看圖6，該圖示出了一種類似于圖5所述裝置，只不過包括了管116。此管設(shè)置成其一端本質(zhì)上處于渦流室的中部，而其另一端在收集區(qū)113內(nèi)，并鄰近渦流室的端壁(渦流室被設(shè)置成沿收集區(qū)113整個底部延伸)。渦流中部的壓力略低于接近渦流外周邊的壓力。在圖6中，收集區(qū)113內(nèi)設(shè)有污物收集袋117，例如一種半透明薄袋。管116在緊接收集區(qū)113壁內(nèi)側(cè)生成較低壓力。這樣，盡管整個系統(tǒng)內(nèi)部壓力低于大氣壓，管116借助于生成的較低壓力，使袋吸靠收集區(qū)113的壁。管116可能并不需要，因?yàn)榭梢栽卩徑黧w速度最高的內(nèi)壁處存在低壓區(qū)。這使得袋保持開著，于是渦流可在袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)。收集區(qū)113隨后可卸下并將袋取下帶走或清潔。
塑料袋或其它類型的袋117可借助于摩擦約束保持，即借助于卡圈115內(nèi)的O型圈或類似裝置，污物的重量使袋的其余部分在用標(biāo)號119表示室壁的腔內(nèi)特別是與底部緊貼，該底部可具有任何形狀的溝槽或肋條，這樣，鄰近卡圈115的袋頂部保持相對靜止，而袋下部的其余部分隨可旋轉(zhuǎn)、可拆開的收集區(qū)旋轉(zhuǎn)。
這樣，塑料或其它材料的袋的上部本質(zhì)上根據(jù)需要的次數(shù)旋轉(zhuǎn)，并與收集區(qū)113脫離，而污物收集袋的頸部被扭轉(zhuǎn)以封閉存在袋下部的污物。這樣，完全卸下的收集袋可提出收集區(qū)，并將其擰緊使污物與大氣完全隔絕(seal)。如果污物收集袋是生物可降解材料，隨后即可將其掩埋或焚燒。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，一旦收集區(qū)域可旋轉(zhuǎn)地脫離，經(jīng)過管116的空氣路徑也斷開，而因進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，通往大氣的孔或通路打開。在此情況下，如果真空清潔機(jī)在所述脫離時允許運(yùn)行，在收集區(qū)113內(nèi)的收集袋外與污物收集袋內(nèi)部之間將形成顯著的壓力差。這樣，袋將緊裹在被封閉的污物上并壓住它，隨后，由于進(jìn)一步的脫離旋轉(zhuǎn)，污物收集袋內(nèi)的污物將被發(fā)現(xiàn)成為更壓縮的形式，而可拆卸袋上部同樣的系結(jié)可如上所述產(chǎn)生。
回到圖3，需要指出的是，圖3所示形式的裝置也可具有在此所述的特征，其積聚室62與槽59一樣被取消，渦流室58的外壁可沿任何方向延伸至任何距離處。它不需呈繞180°的曲線而只繞90°或其它角度，只要能像與在此所述方式一致的方式運(yùn)行，即，它可具有使用螺紋連接或卡圈的卡口、可旋轉(zhuǎn)脫離、可包括一污物收集袋和可借助于重力使污物保持在積聚室的底部。
還需指出，圖3所示實(shí)施例可具有手柄，此手柄可在圖的最上部示出，但沒有示出作為一種筒式真空清潔機(jī)，可在地板上使用。通道52和54可具有柔性壁，例如在柔性管內(nèi)的柔性管。球形區(qū)62的橫截面可減小。積聚室62與槽59一樣被取消，且由于圖5和6中之渦流室110面向下，渦流室不需具有上述彎曲部分。事實(shí)上它仍可為所示直線而仍可具有同樣特征。實(shí)際上，增加螺紋連接或卡口卡圈以使一部分相對于其它部分旋轉(zhuǎn)脫離，增加設(shè)置在內(nèi)部的污物收集袋，以及其它全部特征如圖6中諸如管116所示。
本發(fā)明之另一實(shí)施例中附壁拾取頭，從下面觀察，并不是圓形、環(huán)形或其它某種形狀，而可能設(shè)置成圖7和圖8所示形狀。
圖7和8示出具有一排嘴120(或槽)的拾取頭，從流體驅(qū)動器送來的一部分流體從此嘴中穿過。設(shè)有附壁吹送槽121，另一部分流體從吹送槽通過。設(shè)置了一種曲線形附壁表面。這些通道可為可逆的。123是吸入槽。124是流體輸送通道。125是用于將流體返回渦流室并隨后送至流體驅(qū)動器(未示出)的通道。126為側(cè)柵欄用于將運(yùn)轉(zhuǎn)過程與大氣在兩端隔斷。
在圖7和8中，箭頭線表示空氣流。嘴的排列可以沿一條直線或沿一條曲線路徑就像附壁吹送槽那樣。在平面圖中觀察，吸取頭可為直線或曲線。
應(yīng)當(dāng)理解，從正下方觀察時，所示為環(huán)形的嘴和附壁槽可能是直線。從下面觀察，拾取頭不僅可設(shè)置成本質(zhì)上為圓形，也可設(shè)置成矩形、正方形、橢圓形或其它形狀。嘴可能瞄準(zhǔn)任何角度。
拾取頭的外周邊可具有硬毛以便在其經(jīng)過不規(guī)則表面時幫助其與表面貼合。其它用于與不規(guī)則表面貼合的柔性裝置也可采用。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，另一種形式的積聚室可本質(zhì)上平行于渦流室設(shè)置，而污物從中劇烈運(yùn)動的通道可能靠近渦流室的頂部，此通道或孔可以制成各種尺寸。
當(dāng)將拾取頭從地板至天花板重新定位時，可采用一種使空氣與嘴斷開的裝置，反之亦然。這可以自動進(jìn)行或手動進(jìn)行。
本發(fā)明之另一實(shí)施例在于，可發(fā)現(xiàn)其吸氣或進(jìn)氣槽比附壁吹送槽或嘴更適居中(medially)。
在此情況下，當(dāng)從下面觀察時，無論拾取頭是圓形、矩形或任何其它形狀，嘴或作為其替換的槽可能設(shè)置在靠近拾取頭的周邊。
當(dāng)從下面觀察時，附壁吹送槽相對于嘴可設(shè)置成向內(nèi)并朝向中心瞄準(zhǔn)射流。嘴可以刪除或可以不刪除。
在最后一種情況下，居中的吸氣槽可以刪除，而由一簡單的、本質(zhì)上設(shè)置在中央的孔替代，以將空氣或其它流體返回至流體驅(qū)動器或渦流室。
應(yīng)當(dāng)理解，在此情況下，經(jīng)過管的流體路徑，可能通過將空氣引導(dǎo)至嘴和吹送槽的通道壁。
否則，污物的去除通過已經(jīng)談及的裝置完成。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例之拾取頭130的下視圖。圖10示出此拾取頭130的側(cè)視圖。拾取頭為環(huán)形，具有尖部131以便進(jìn)入室內(nèi)的角落。拾取頭130設(shè)有一圈嘴132，這些嘴距拾取頭130外周邊一段距離。附壁槽133設(shè)置在偏向拾取頭130的外邊。嘴132構(gòu)成的圓環(huán)(ring)將空氣向下引向地毯以便如前所述使污物松散?？諝鈴牡靥罕砻嫱ㄟ^中央空氣進(jìn)氣口134離開。拾取頭130還包括三個圓墊片135。這些墊片具有平滑的表面，允許拾取頭容易地在地毯表面滑動，并用于使拾取頭略微高于平滑的地板。
拾取頭附近的空氣流由箭頭示出。(穿過嘴132的空氣流未示出)。
對拾取頭130的空氣供給由如圖11和12所示的風(fēng)扇136提供。圖11為風(fēng)扇136的平面視圖，圖12為剖面圖。風(fēng)扇136安裝在殼體137內(nèi)該殼體具有空氣進(jìn)氣口138和空氣出氣口139。
空氣進(jìn)氣口138由剛性的或柔性的管連接至拾取頭130的進(jìn)氣口134。出氣口139由柔性的或剛性的管連接至附壁槽133。究竟用剛性管還是柔性管取決于真空清潔機(jī)的類型。柔性管可用于風(fēng)扇在使用過程中需要座放置在地板上的情況。剛性管可用于風(fēng)扇是直接安裝在拾取頭130之上。
從圖11可見，空氣進(jìn)氣口138將空氣本質(zhì)上沿內(nèi)壁的切線方向送進(jìn)，以幫助空氣像參考圖1所述呈現(xiàn)漩渦的或螺旋盤旋的氣流。
空氣進(jìn)氣口138供給通道140空氣。從圖12可見空氣出氣口通道與由空氣進(jìn)氣口138供氣的通道140連通。這使得空氣路徑交叉，使拾取頭130的空氣進(jìn)氣口134能本質(zhì)上設(shè)置在中央。
圖13示出圖12的風(fēng)扇136與渦流室141連通。渦流室以類似于參考圖5和6已說明的方式運(yùn)行。不過將渦流室141安裝在清潔機(jī)上的裝置不同于如上所述。如上所述，渦流室內(nèi)141具有連接桶(bowl)142和污物收集袋(未示出)。吊架143通過鉸鏈連接安裝在本裝置連接桶142上方。吊架可從連接桶轉(zhuǎn)出以卸下連接桶并能轉(zhuǎn)向連接桶，以與連接桶連接。當(dāng)連接桶安裝成如圖13所示狀態(tài)時，連接桶被保持在板狀元件143上，并借助于向上壓力夾持就位?？梢娫诖饲闆r下，并不需要按上述利用旋轉(zhuǎn)作用使連接桶142連接。還可看出，通過將吊架從連接桶142轉(zhuǎn)出，連接桶142可迅速落下以將其清空。
渦流室142設(shè)有小孔或通道144，該通道經(jīng)過連接桶的底部到達(dá)吊架。吊架是空的，于是吊架允許空氣流在連接桶與吊架之間連通。
空氣通道144傳遞空氣壓力差，這種壓力差使連接桶142內(nèi)的袋當(dāng)渦流在袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)時保持充氣。這樣，通道144像參考圖6所作說明那樣起到類似于管116的作用。
當(dāng)?shù)跫苁强盏?，空氣壓力差從在安裝點(diǎn)的樞轉(zhuǎn)處通過吊架傳遞，這樣，下橫截面的區(qū)域和由此產(chǎn)生的下部壓力可通過吊架連通，并背壓桶下面內(nèi)側(cè)?？諝鈮毫赡懿粫⒖淘诘跫苓B接點(diǎn)形成，但一通道可從系統(tǒng)內(nèi)一更合適的低壓區(qū)引向這些點(diǎn)。
可見，這種結(jié)構(gòu)代表一種很迅速、方便的方式裝卸污物收集連接桶142和裝在桶內(nèi)的可充氣袋。這種改進(jìn)后的連接桶及其設(shè)置方法的另一特征在于，連接桶通過簡單地在插入側(cè)間的轉(zhuǎn)動，污物收集袋可如上所述可旋轉(zhuǎn)密封在污物上，并容易拆卸以便處理。
本發(fā)明比其它真空裝置還具有若干優(yōu)點(diǎn)。它可比其它許多真空裝置更小、更輕和更簡單。
此外，外殼或殼體可簡單地借助于其自身內(nèi)部的低壓而保持就位，使其容易清空、清潔內(nèi)表面，維護(hù)修理時可迅速進(jìn)入。
本發(fā)明可能有許多的幾何設(shè)置，都不超出本發(fā)明思想的精神與范圍。
應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出實(shí)施例所述之本發(fā)明的精神與范圍可進(jìn)行各種其它的變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種拾取與收集顆粒狀物質(zhì)的裝置，此裝置具有外殼，外殼內(nèi)具有再循環(huán)空氣流的通道，此具有底槽的通道適于通過所拾取的顆粒材料，一曲線體設(shè)置在槽內(nèi)，將槽分為兩部分，槽和曲線體設(shè)置成使空氣流通過槽的一部分，在曲線體周圍，并進(jìn)入槽的另一部分，在此過程中拾取顆粒材料，一分離室與通道連通或構(gòu)成通道的一部分，在分離室中，顆粒材料從空氣流中分離，一種加速裝置通過通道使空氣流加速。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，流入分離室的空氣呈螺旋氣流，以在其返回底槽之前，使顆粒物質(zhì)旋轉(zhuǎn)向外進(jìn)入一積聚室。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，槽為環(huán)形。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，該裝置為真空清潔機(jī)形式，具有外殼，該外殼具有內(nèi)部再循環(huán)空氣通道，空氣流通過該通道再循環(huán)；空氣加速裝置，用于經(jīng)過通道加速空氣流；通道，具有第一內(nèi)通道和第二外通道，所述通道在外殼底部借助于一環(huán)形槽連接，該環(huán)形槽鄰近將抽真空的區(qū)域；環(huán)形曲線體，設(shè)置在槽內(nèi)，比槽的最下邊緣略微向內(nèi)，以將槽分為構(gòu)成內(nèi)通道一部分的內(nèi)部和構(gòu)成外通道一部分的外部，曲線體和槽設(shè)置成使被加速的空氣流向下進(jìn)入內(nèi)環(huán)形通道，經(jīng)過槽的內(nèi)部，在曲線體的周圍向上進(jìn)入槽的外部，并進(jìn)入外通道，在此過程中從所述區(qū)域拾取顆粒物質(zhì)；分離室，與外通道連通，在分離室中空氣流呈螺旋氣流，以使顆粒物質(zhì)旋轉(zhuǎn)出并進(jìn)入收集區(qū)，內(nèi)通道與分離室連通以允許分離出顆粒后的空氣流經(jīng)過內(nèi)通道再循環(huán)并流向槽。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，分離室本質(zhì)上為倒置U形，收集區(qū)在U形分離室的一個分支的底端。
6.一種從包含顆粒物質(zhì)的流體流中拾取與收集顆粒狀物質(zhì)的裝置，此裝置具有外殼，外殼內(nèi)設(shè)有循環(huán)流體流的通道，此具有底槽的通道適于接觸包含顆粒的流體流，一曲線體設(shè)置在槽內(nèi)，將槽分為兩部分，槽和曲線體設(shè)置成使流體流通過槽的一部分，在曲線體周圍，并進(jìn)入槽的另一部分，在此過程中拾取顆粒材料，一分離室與通道連通或構(gòu)成通道的一部分，在分離室中，顆粒材料從流體流中分離，一種加速裝置通過通道使流體流加速。
7.一種用于從流體流中分離顆粒的裝置，此裝置包括分離室，此分離室具有一個或多個外壁；至少一流體入口，設(shè)置在鄰近分離室的外壁；至少一流體出口，此出口設(shè)置在從流體出口向內(nèi)一段距離，裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)置為，包含顆粒的流體從至少一個流體入口進(jìn)入分離室，沿較大的第一直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使旋轉(zhuǎn)顆粒材料朝向分離室的外壁運(yùn)動，隨后流體沿較小的第二直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過具有第一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的流體中心部返回。
8.一種從包含顆粒的流體流中分離顆粒狀物質(zhì)的方法，該方法包括使第一流體流沿較大的第一直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以借助于離心力從流體流中去除顆粒；隨后使流體流沿較小直徑的第二直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并穿過流體返回第一流體流的中心部。
9.一種拾取和收集顆粒狀物質(zhì)的裝置，此裝置具有流體加速裝置，用于通過通道加速流體流；流體入口，與通道連通，包含顆粒的流體可從此入口通過，其中，此裝置還包括一顆粒分離裝置，該裝置包括一分離室，此分離室具有一個或多個外壁，至少一流體入口鄰近分離室的一外壁，且至少一流體出口從流體出口向內(nèi)相距一段距離，裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)置為，包含顆粒的流體從至少一個流體入口進(jìn)入分離室，沿較大的第一直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使旋轉(zhuǎn)顆粒材料朝向分離室的外壁運(yùn)動，流體隨后沿較小的第二直徑作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過具有第一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的流體中心部返回。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，此裝置制成一種真空清潔機(jī)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，該裝置具有外殼，其渦流室可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在外殼上。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，該裝置包括一機(jī)架形元件，用于夾持渦流室，機(jī)架形元件用鉸鏈連接設(shè)置在機(jī)體外殼上。
全文摘要
一種用于分離包含在流體中例如包含污物的空氣中的顆粒的裝置(10),使用一種附壁吹送槽(14)以捕獲顆粒進(jìn)入再循環(huán)流體流,并在分離室(31,15)中利用渦流系統(tǒng),將顆粒從流體流中除去。這種裝置可為一種零散發(fā)裝置,該裝置適用于傳統(tǒng)真空清潔機(jī)不適合的區(qū)域。
文檔編號B01D45/02GK1322121SQ99811817
公開日2001年11月14日 申請日期1999年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月7日
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