分离装置 技术领域 本发明涉及一种用于把颗粒从流体流分离的分离装置。 特别地， 但是不排它地， 本 发明涉及一种具有用于从带灰尘的气流中去除灰尘颗粒的这种分离装置的真空吸尘器。
背景技术 已知使用机械过滤器 ( 例如网和泡沫过滤器 )、 旋风分离器和静电分离器从流体 流分离颗粒 ( 例如灰尘和脏物 )。
已知的分离装置包括用于真空吸尘器中的那些。 这种旋风分离装置已知包括用于 分离相对较大颗粒的低效旋风器和位于该低效旋风器下游的用于分离夹带在气流中的细 微颗粒的高效旋风器 ( 例如参见 EP 0 042 723B)。
已知的静电过滤器包括摩擦静电过滤器和介电介质过滤器。 这种过滤器的例子描 述于 EP0815788、 US7179314 和 US6482252。
这种静电过滤器的制造相对便宜， 但是缺点是它们的电荷随时间过去而耗散， 导 致它们的静电性质的减少。这由此减少了该静电过滤器可收集的灰尘的量， 这可缩短静电 过滤器本身和任意其它下游过滤器的寿命。
已知的静电过滤器还包括一些过滤器， 其中气流中的灰尘颗粒在该过滤器中被以 某种方式带电然后在充电的收集器电极上或附近经过， 以被收集。这种静电过滤器的例子 描述于 JP2007296305， 其中气流中的灰尘颗粒在穿过 “电晕放电” 线时被带电， 然后被捕获 在位于电晕放电线下游的导电过滤器过滤介质上。该配置的缺点是它们相对地效率低， 且 由相对昂贵的材料制造， 且收集器电极需要经常维护以保持它们上没有收集的灰尘。一旦 收集器电极被灰尘层覆盖， 它们则非常低效。
静电过滤器的另一个例子在 GB2418163 中示出， 其中气流中的灰尘颗粒在它们经 过位于旋风器内的电晕放电线时被带电。带电的灰尘然后被捕获在旋风器的壁上， 该壁用 导电漆涂覆。虽然该配置是紧凑的， 但是其缺点是灰尘收集在旋风器的内部。这不仅要求 经常和困难的维护以从旋风器的壁去除灰尘， 而且捕获在旋风器内的任何灰尘将与旋风气 流干涉降低旋风器自身的分离效率。
在真空清洁器具中， 特别是在家用真空清洁器具中， 希望该器具被制造的尽可能 地紧凑而不折衷性能。还希望灰尘分离效率尽可能地高， 同时保持合适的过滤器寿命。
发明内容 因此， 本发明提供一种分离装置， 包括 ：
至少一个旋风器， 和
静电过滤器，
其中， 该静电过滤器经由空气通道与该至少一个旋风器流体相通的， 该空气通道 的至少一部分被形成为纵向地穿过分离装置。
在优选实施例中， 本发明提供一种分离装置， 包括具有至少一个旋风器的第一旋
风清洁级， 和静电过滤器， 其中， 静电过滤器经由空气通道与该至少一个旋风器流体相通， 该空气通道的至少一部分被形成为纵向地穿过该分离装置， 其中， 该空气通道、 静电过滤器 和第一旋风清洁级的至少一部分被同心地 (concentrically) 设置。
本发明的该配置使得实现了高分离效率和长过滤器寿命， 其已被发现可使用旋风 灰尘分离和静电灰尘分离实现。 使得空气通道定位为纵向地穿过分离装置的这种配置已被 发现导致紧凑的结构， 其非常有用， 例如在家用真空吸尘器应用中。 此外， 使得空气通道、 静 电过滤器和第一旋风清洁级的至少一部分同心地设置的这种配置已被发现导致紧凑的结 构。附加地， 在使用过程中， 当灰尘颗粒穿过空气通道时， 它们由于与空气通道的壁的摩擦 而被带电。灰尘颗粒的这种预带电还有助于改善静电过滤器的灰尘收集效率。
在优选实施例中， 所有的或基本上所有的空气通道可被形成为纵向地穿过分离装 置。在优选实施例中， 静电过滤器可被定位为纵向地穿过分离装置。
最优选地， 空气通道可被同心地定位在第一旋风清洁级和静电过滤器之间。空气 通道可以是环形的。
在替换实施例中， 静电过滤器可被同心地定位在第一旋风清洁级和空气通道之 间。在特定实施例中， 空气通道可绕分离装置的中心轴线设置。空气通道可以是任意合适 的形状。在特定实施例中， 空气通道可以是管状的， 例如圆柱形， 尽管其可以具有任意合适 形状的横截面。
可存在其它部件， 其同心地定位在空气通道、 第一旋风清洁级和 / 或静电过滤器之间。 在优选实施例中， 空气通道可被形成为纵向地穿过分离装置， 以使得第一旋风清 洁级或其一部分， 例如至少一个旋风器， 环绕空气通道。在这种实施例中， 该至少一个旋风 器或其一部分可以是环形的。
静电过滤器可位于该至少一个旋风器的上游或下游。在优选实施例中， 静电过滤 器可位于该至少一个旋风器的下游。
优选地， 该至少一个旋风器的至少一部分被设置为至少部分地环绕静电过滤器。 在优选实施例中， 静电过滤器的至少一部分被设置为至少部分地环绕空气通道。在优选实 施例中， 空气通道由静电过滤器的表面形成。 在优选实施例中， 静电过滤器可以是环形形状 的。
理想地， 至少一个旋风器或第一旋风清洁级的至少一部分、 静电过滤器和空气通 道被绕相同纵向轴线同心地设置。
理想地， 第一旋风清洁级包括单个圆柱形旋风器和灰尘收集仓。灰尘收集仓可由 圆柱形旋风器自身的下部区段形成或可以是可去除地附连到圆柱形旋风器的基部的单独 的灰尘收集仓的形式。
分离装置还可进一步包括第二旋风清洁级。 第二旋风清洁级可包括并行设置的多 个次级旋风器。它还可进一步包括灰尘收集仓， 其优选地设置在次级旋风器之下方。
在优选实施例中， 空气通道与第一和 / 或第二旋风清洁级分离但是与其流体相 通。这里使用的术语 “与 ....... 分离” 应被理解为， 空气通道不物理地定位在第一旋风清 洁级或第二旋风清洁级内， 即空气通道的壁 ( 一个或多个 ) 在使用过程中不遭受到旋风清 洁级内形成的旋风气流。
静电过滤器可位于第一旋风清洁级的上游、 在第一和第二旋风清洁级之间或第二 旋风清洁级的下游。在特别优选实施例中， 静电过滤器可位于第二旋风清洁级的下游。在 该实施例中， 静电过滤器可经由空气通道与第二旋风清洁级流体相通。
该配置是特别有利的， 因为静电过滤器已被发现在应对小灰尘颗粒 ( 例如小于 1 微米的灰尘颗粒 ) 时更有效。把静电过滤器布置在第二旋风清洁级的下游由此确保静电过 滤器仅处理设法穿过第一和第二旋风清洁级的那些非常小的颗粒。 此外， 在使用过程中， 当 灰尘颗粒穿过第一和第二旋风清洁级时， 它们由于与旋风清洁级的壁的摩擦而被带电。灰 尘颗粒的这种预带电还有助于改善静电过滤器的灰尘收集效率。
在特定实施例中， 第二旋风清洁级的次级旋风器可被设置在第一旋风清洁级的上 方， 优选地为绕第一旋风清洁级的中心轴线的环的形式。 理想地， 第二旋风清洁级的灰尘收 集仓被设置在次级旋风器之下方。第二旋风清洁级的灰尘收集仓可以是环形形状。
在优选实施例中， 第一旋风清洁级可设置为至少部分地， 且优选为完全地环绕第 二旋风清洁级的至少一部分， 例如第二旋风清洁级的灰尘收集仓。 换句话说， 第二旋风清洁 级的灰尘收集仓被同心地定位在第一旋风清洁级内。该配置是有利的， 因为其提供了紧凑 的结构。在优选实施例中， 第二旋风清洁级的一部分或全部可被设置为至少部分地环绕静 电过滤器， 而该静电过滤器可被设置为至少部分地环绕空气通道。 在这种实施例中， 第一旋 风清洁级、 第二旋风清洁级、 静电过滤器和空气通道都被同心地设置， 第二旋风清洁级的至 少一部分同心地位于第一旋风清洁级和静电过滤器之间， 且静电过滤器同心地位于第二旋 风清洁级和空气通道之间。
在特定实施例中， 静电过滤器环绕空气通道， 第二旋风清洁级的灰尘收集仓环绕 静电过滤器的下部， 次级旋风器环绕静电过滤器的上部且第一旋风清洁级环绕第二旋风清 洁级的灰尘收集仓。
在替换实施例中， 第二旋风清洁级的一部分或全部可设置为至少部分地环绕空气 通道， 而该空气通道被设置为至少部分地环绕静电过滤器。 在装置实施例中， 空气通道同心 地位于第二旋风清洁级和静电过滤器之间。 第二旋风清洁级或其一部分又被同心地定位在 第一旋风清洁级和空气通道之间。 优选地， 静电过滤器可被空气通道环绕， 空气通道被第二 旋风清洁级的次级旋风器和 / 或灰尘收集仓环绕。在最优选实施例中， 空气通道环绕静电 过滤器， 第二旋风清洁级环绕空气通道， 且第一旋风清洁级环绕第二旋风清洁级的至少一 部分。
在优选实施例中， 空气通道可从第二旋风清洁级的上边缘延伸到分离装置的基部 和 / 或静电过滤器的基部处或附近。优选地， 空气通道可延伸第二旋风清洁级的上边缘和 基部之间的距离的百分之 40、 或 45、 或 50、 或 55、 或 60、 或 65、 至 70、 或 75、 或 80、 或 85、 或 90、 或 95、 或 100。替换地或附加地， 空气通道可延伸分离装置的长度的百分之 50、 或 55、 或 60、 或 65、 或 70、 至 80、 或 85、 或 90、 或 95、 或 100。
静电过滤器可以是任意类型的静电过滤器， 例如摩擦或介电介质过滤器， 但是优 选地其包括位于第一和第二电极之间的过滤介质， 该第一和第二电极在使用过程中具有不 同电压以使得跨该过滤介质形成电势差。 第一和第二电极优选地形成空气路径的至少一部 分， 过滤介质位于该路径中， 以使得在使用过程中空气流过该过滤介质。
在优选实施例中， 电极是无孔的 (non-porous)。优选地， 过滤介质具有一长度， 且第一和第二电极沿过滤介质的该长度是无孔的。在最优选实施例中， 第一和第二电极沿它 们整个长度是无孔的。
这里使用的术语 “无孔” 应被理解为， 第一和第二电极具有连续的固体表面， 该表 面没有穿孔、 孔或间隙。在优选实施例中， 第一和第二电极是无孔的， 以使得在使用过程中 气流沿电极的长度行进穿过过滤介质。理想地， 气流不穿过第一或第二电极。
在使用中空气不必流动穿过电极的这种配置是有利的， 因为其可减少跨静电过滤 器的压降。此外， 由于电极是无孔的， 与该电极是多孔的情况相比， 该无孔的电极具有更大 的表面面积。这可改善静电过滤器的总体性能。
在优选实施例中， 过滤介质可以是电阻性过滤介质。 这里使用的术语 “电阻性过滤 7 13 介质” 应被理解为， 该过滤介质具有在 22℃计量的从 1x10 到 1x10 欧姆米的电阻率。在 最优选实施例中， 过滤介质可具有在 22℃计量的从 2x109 到 2x1011 欧姆米 (ohm-meters) 的 电阻率。过滤介质的电阻率可沿过滤介质的长度变化。在优选实施例中， 电阻率可沿下游 方向降低。
该静电过滤器使用跨过滤介质形成的电势差把灰尘收集在过滤介质自身中， 而不 是收集在收集器电极上。 该配置比先前的静电过滤器有利， 因为没有收集器电极要清洁。 由 于过滤介质的灰尘保持容量， 这可降低对于维护的需要且增加过滤器的寿命。 电势差的发生是因为电阻性过滤介质提供了一负载且由此仅较小电流流过它。 但 是， 电场将扰乱在电阻性过滤介质的纤维中的任何正电荷和负电荷的分布， 导致它们与它 们各自的电极对齐。该过程导致灰尘被粘结到或沉淀在过滤介质的纤维上， 因为穿过过滤 器的气流中的灰尘颗粒将被吸附到过滤介质的相应正端和负端。 这可有助于导致灰尘颗粒 被捕获在过滤介质自身中， 而不要求灰尘颗粒被捕获在带电的电极上。
静电过滤器还可包括至少一个电晕放电器件， 过滤介质设置在该电晕放电器件的 下游。增加电晕放电器件有利地增加静电过滤器的效率。这是因为电晕放电器件有助于使 得任何灰尘颗粒在它们穿过过滤介质之前带电， 由此有助于增加灰尘颗粒到过滤介质的吸 附性。
在优选实施例中， 电晕放电器件可包括至少一个高曲率电晕放电电极和至少一个 低曲率电极。 该配置是有利的， 因为其可产生大量离子源， 以使得气流中的任意灰尘颗粒带 电。这些带电的灰尘颗粒则更容易被过滤介质过滤出来， 该过滤介质在使用期间具有跨该 介质的电势差。
低曲率电极是平坦的或弯曲的表面。电晕放电电极可以是任意合适的形式， 只要 其具有比低曲率电极更高的曲率。 换句话说， 电晕放电电极优选地具有一形状， 该形状导致 电极表面的电场比低曲率电极的表面的电场更大。 合适的配置的例子是其中电晕放电电极 是一个或多个线、 尖端 (points)、 针或锯齿而低曲率电极是环绕它们的管。替换地， 低曲率 电极可以是平板。
在特定实施例中， 电晕放电电极可以由第一或第二电极的一部分形成。在优选实 施例中， 电晕放电电极是由第一或第二电极的下或上边缘形成或形成在第一或第二电极的 下或上边缘上的一个或多个尖端的形式。理想地， 第二电极的下或上边缘是锯齿状以形成 电晕放电电极。
低曲率电极也可由第一或第二电极的一部分形成。在特定实施例中， 第二电极的
上或下边缘是锯齿状以形成电晕放电电极且第一电极的对应上或下部形成低曲率电极。 低 曲率电极和 / 或电晕放电电极的位置依赖于使用过程中静电过滤器的取向和空气进入该 过滤器的方向。 例如， 如果静电过滤器被设置为使得空气从上端进入， 则低曲率电极和电晕 放电电极优选地位于第一和第二电极的上部上。替换地， 如果静电过滤器被设置为使得空 气从下端进入， 则低曲率电极和电晕放电电极优选地位于第一和第二电极的下部上。
该配置是有利的， 因为不需要单独的部件来形成电晕放电电极或低曲率电极。
在优选实施例中， 低曲率电极从电晕放电电极的下表面向上游和下游突出。这可 有助于最大化其上产生电离场的体积， 由此最大化灰尘颗粒在穿过该电离场时被充电的机 会。
在替换实施例中， 电晕放电电极可以远离第一和第二电极。 在这种实施例中， 电晕 放电电极可以是一个或多个线、 针、 点 (points) 或锯齿的形式。在这种实施例中， 低曲率电 极仍可由第一或第二电极的一部分形成。在特定实施例中， 第二电极的一部分可形成低曲 率电极。在优选实施例中， 低曲率电极和电晕放电电极被设置为最大化其上产生电离场的 体积， 以最大化灰尘颗粒在穿过电离场时带电的机会。
在另一替换实施例中， 电晕放电电极和低曲率电极两者可远离第一和第二电极定 位。 第一和第二电极可以是任意合适的形式， 例如它们可以是平面的且电阻性过滤介 质可被夹在多层之间。这种平面层可以具有任意合适的形状， 例如正方形、 矩形、 圆形或三 角形。替换地， 第一和 / 或第二电极可以是管状， 例如它们可以是圆柱形， 电阻性过滤介质 位于电极管之间。 在优选实施例中， 第一和第二电极可同心地定位， 电阻性过滤介质同心地 位于它们之间。优选地， 第二电极同心地位于第一电极内， 且由此具有比第一电极小的直 径。在特定实施例中， 第二电极的表面、 或环绕或支撑第二电极的壁可形成空气通道。
静电过滤器还可包括第三电极。在这种实施例中， 第二电极可位于第一和第三电 极之间。第三电极还可具有任何合适的形状， 但是优选地为圆柱形， 且在这种实施例中， 第 二电极可优选地同心地位于第一电极和第三电极之间。在这种实施例中， 另一电阻性过滤 介质可位于第二电极和第三电极之间。优选地， 第三电极同心地位于第二电极内且由此具 有比第二电极小的直径。该配置也是有利的， 因为其允许非常紧凑的结构。在该实施例中， 第三电极的表面或环绕或支撑第三电极的壁可形成空气通道。
在特定实施例中， 第一和第二电极以及电阻性过滤介质环绕空气通道， 第三电极 形成空气通道的壁， 第二旋风清洁级环绕静电过滤器且第一旋风清洁级环绕第二旋风清洁 级的灰尘收集仓。该同心配置提供了非常紧凑的结构。该配置还增加了器具的安全性， 因 为第一旋风清洁级和第二旋风清洁级的灰尘收集仓都位于连接到高压电源的静电过滤器 和用户之间。
此外该第二电极和第三电极在使用过程中优选地具有不同电压， 以使得电势差跨 该另一电阻性过滤介质形成。
在这种实施例中， 第一电极和第三电极在使用过程中具有相同电压。第二电极可 带正电或负电。理想地， 第二电极带负电。第一电极和第三电极可具有比第二电极高或低 的电压。在优选实施例中， 第一电极和第三电极可具有比第二电极高的电压。在特别优选 实施例中， 第一和第三电极可以是 +/-2KV 或 0 伏特且第二电极可以是 +/-2、 或 4、 或 5、 或
6、 或 7、 或 8、 或 9、 或 10 至 11、 或 12、 或 13、 或 14、 或 15KV。在最优选实施例中， 第二电极可 以是 -2 或 -4 至 -10KV。电极可被规则地间隔开， 例如第一、 第二和第三电极可设置为具有 1mm、 或 3mm、 或 5mm、 或 7mm 至 9mm、 或 10mm、 或 12mm、 或 15mm、 或 20mm、 或 40mm 间隔。
上述关于所有实施例的电极可以由任意合适的材料形成。优选地， 第一和 / 或第 二电极和 / 或第三电极由 2 微米、 或 10 微米、 或 50 微米或 0.1mm、 或 0.25mm、 或 0.5mm、 或 1mm、 或 1.5mm、 或 2mm 至 2.5mm、 或 3mm、 或 4mm 厚度的导电金属板、 箔片或涂层形成。附加地 或替换地， 过滤介质可涂覆有一个或多个电极。 例如， 过滤介质的一个或多个表面可涂覆有 导电材料。
过 滤 介 质 可 以 是 任 何 合 适 的 材 料， 例 如 玻 璃、 聚 酯、 聚 丙 烯、 聚氨酯 (polyurethane) 或任意其它合适的塑料材料。 在优选实施例中， 过滤介质是开孔网状泡沫， 例如聚氨酯泡沫。网状泡沫在泡沫内的孔窗口被去除以形成完全开孔网时形成。该类型的 过滤介质是特别有利的， 因为泡沫可在气流中保持其结构。聚氨酯泡沫可来源自聚酯或聚 醚中的任一项。
过滤介质的孔尺寸 / 直径、 PPI 或类型可沿过滤介质的长度变化。例如， 孔尺寸可 沿向下游方向增加或降低。这里使用的术语 “孔尺寸” 和 “孔直径” 是可交换的。用于测量 平均孔尺寸 / 直径和计算每英寸孔数的方法在具体说明中给出。 孔尺寸中的这种改变可以是逐渐的改变， 其发生在单个过滤介质中或过滤介质的 多个区段可被设置在一起以形成跨其长度具有变化的孔尺寸的过滤介质。PPI 也可沿向下 游方向增加或降低， 或替换地其可以以另一随机或非随机方式变化。
过滤介质或其区段可具有 3、 或 5、 或 6、 或 8、 或 10、 或 15、 或 20、 或 25、 或 30 至 35、 或 40、 或 45、 或 50、 或 55、 或 60 个孔每英寸 (PPI)， 平均孔直径为 0.4mm、 或 0.5、 或 1、 或 1.5、 或 2、 或 2.5、 或 3、 或 3.5 至 4、 或 4.5、 或 5、 或 5.5、 或 6、 或 6.5、 或 7、 或 7.5、 或 8、 或 8.5mm( 或 400 微米至 8500 微米 ) 在优选实施例中， 过滤介质或其区段可具有从 8 至 30PPI， 平均孔直径为 1.5mm 至 5mm。在另一优选实施例中， 过滤介质或其区段可具有 3 至 30PPI， 平均孔直径为 1.5mm 至 8mm。最优选地， PPI 可以为从 3 至 10PPI。在优选实施例中， 过滤 介质的上游部分 / 区段可具有 3PPI 的 PPI， 下游部分 / 区段可具有 6PPI 的 PPI。在优选实 施例中， 过滤介质的上游部分 / 区段可具有 7200 微米 (7.2mm) 的平均孔直径且下游部分 / 区段可具有 4500 微米 (4.5mm) 的平均孔直径。
优选地， 分离装置形成表面处理器具的一部分， 例如真空吸尘器。在优选实施例 中， 分离装置可去除地安装在表面处理器具的主体上。
附图说明
本发明现在将通过示例的方式并参考附图进行说明， 在附图中 ：
图 1 是筒式真空吸尘器， 其结合有根据本发明的分离装置 ；
图 2 是立式真空吸尘器， 其结合有根据本发明的分离装置 ；
图 3a 是图 1 和 2 中所示的分离装置的纵向截面 ；
图 3b 是图 1 和 2 中所示的分离装置的水平截面 ；
图 4 是图 3 中所示的静电过滤器的示意性截面 ；
图 5 是分离装置的替换实施例的截面 ；图 6a 是分离装置的替换实施例的纵向截面 ； 图 6b 是图 6a 中所示的实施例的水平截面 ； 图 7 是分离装置的替换实施例的截面 ； 以及 图 8 是分离装置的替换实施例的截面。具体实施方式
说明书中相似的参考标号表示相似的部分。
参考图 1 和 2， 真空吸尘器被示出且一般以参考标号 1 指示。
在图 1 中， 真空吸尘器 1 包括主体 2、 安装在主体 2 上用于跨要清洁的表面操纵真 空吸尘器 1 的轮子 4、 以及可去除地安装在主体 2 上的分离装置 6。软管 8 与分离装置 6 连 通， 马达和风扇单元 ( 未示出 ) 被容置在主体 2 中用于把带灰尘的空气经由软管 8 吸入分 离装置 6。通常， 地面接合清洁头 ( 未示出 ) 经由棒联接到软管 8 的末端， 以便于脏空气入 口 10 在要清洁表面上的操纵。
在使用中， 经由软管 8 吸入分离装置 6 的带灰尘空气具有在分离装置 6 中从该空 气中去除的灰尘颗粒。灰尘和脏物被收集在分离装置 6 中， 而清洁空气被引导经过马达以 进行冷却， 然后从真空吸尘器 1 排出。
图 2 中示出的立式真空吸尘器 1 具有主体 2， 主体中安装有马达和风扇单元 ( 未示 出 )， 主体上安装有轮子 4 以允许真空吸尘器 1 跨要清洁的表面而被操纵。清洁器头 14 可 枢转地安装在主体 2 的下端上且脏空气入口 10 设置在清洁器头 14 的的下侧， 面对要清洁 的表面。分离装置 6 可去除地设置在主体 2 上且导管 16 在脏空气入口 10 和分离装置 6 之 间提供连通。棒和手柄组件 18 可释放地安装在主体 2 上， 位于分离装置 6 之后。
在使用中， 马达和风扇单元把带灰尘空气经由脏空气入口 10 或棒 18 吸入真空吸 尘器 1。带灰尘空气经由导管 16 被传送到分离装置 6， 夹带的灰尘颗粒被从空气分离且保 持在分离装置 6 中。清洁空气经过马达以进行冷却， 然后从真空吸尘器 1 排出。
形成每个真空吸尘器 1 的一部分的分离装置 6 在图 3a、 3b、 5、 6a、 6b、 7 和 8 中更详 细地示出。分离装置 6 的具体总体形状可根据该分离装置 6 被使用于其中的真空吸尘器 1 的类型而变化。例如， 分离装置 6 的总体长度可关于分离装置 6 的直径而增加或降低。
分离装置 6 包括第一旋风清洁级 20、 第二旋风清洁级 22 和纵向地穿过分离装置 6 定位的静电过滤器 70。静电过滤器的实施例可在图 4 中被详细地观察到。
第一旋风清洁级 20 可被观察到为位于外壁 24( 其基本上是圆柱形 ) 和第二圆柱 形壁 36( 其被定位为从外壁 24 径向内部且与该外壁间隔开 ) 之间的环形腔室 38。第一旋 风清洁级 20 的下端被基部 26 封闭， 该基部通过枢转件 28 可枢转地附连到外壁 24 且通过 闩锁 30 保持在封闭位置中。在该封闭位置中， 基部 26 被抵靠壁 24、 36 的下端密封。释放 闩锁 30 允许基部 26 枢转离开外壁 24 和第二圆柱形壁 36， 以排空第一旋风清洁级 20 和第 二旋风清洁级 22。
在该实施例中， 环形腔室 38 的上部形成第一旋风清洁级 22 的圆柱形旋风器 32， 下 部形成灰尘收集仓 34。 第二旋风清洁级 22 包括并行设置的十二个次级旋风器 50 和第二灰 尘收集仓 64。
带灰尘的空气的入口 40 设置在第一级旋风器 20 的外壁 24 中。带灰尘的空气的入口 40 切向于外壁 24 设置， 以确保进入的带灰尘的空气被强迫遵循绕环形腔室 38 的螺旋 路径行进。来自第一旋风清洁级 20 的流体出口被设置为遮罩 42 的形式。遮罩 42 包括圆 柱形壁 44， 其中形成大量的穿孔 46。从第一旋风清洁级 20 的唯一流体出口由遮罩 42 中的 穿孔 46 形成。
通道 48 形成在遮罩 42 的下游。通道 48 与第二旋风清洁级 22 连通。通道 48 可以 是环形腔室的形式， 其通向次级旋风器 50 的入口 52， 或可以是多个不同空气通道的形式， 每个通道都通向单独的次级旋风器 50。
第三圆柱形壁 54 从漩涡溢流管板 (vortex finder plate)56 向下向着基座 26 延 伸， 漩涡溢流管板形成每个次级旋风器 50 的顶表面。第三圆柱形壁 54 位于第二圆柱形壁 36 的径向内部， 并且从圆柱形壁 36 隔开， 从而在两者之间形成第二环形室 58。
当基座 26 处于闭合位置时， 第三圆柱形壁 54 可以向下达到基座 26 并抵靠基座 26 密封， 如图 5 和 6a 所示。作为可选方案， 如图 3a 和 7 所示， 第三圆柱形壁 54 可以终止而未 到达基座 26， 并且可以借助静电过滤器基板 60 密封。
次级旋风器 50 布置成圆圈， 基本上或者全部位于第一旋风清洁级 20 上方。次级 旋风器 50 的一部分可以伸入第一旋风清洁级 20 的顶部。次级旋风器 50 布置成环圈， 该环 圈定心在第一旋风清洁级 20 的轴线上。每个次级旋风器 50 具有向下朝着第一旋风清洁级 20 轴线倾斜的轴线。 每个次级旋风器 50 形状为截头圆锥形， 且包括锥形开口 62， 该开口向着第二环形 室 58 顶部开放。使用时， 被次级旋风器 50 分离的灰尘通过锥形开口 62 排出， 并且收集在 第二环形室 58 内。第二环形室 58 因此形成第二旋风清洁级 22 的灰尘收集仓 64。漩涡溢 流管 66 设置在每个次级旋风器 50 的上端。漩涡溢流管 66 可以是旋涡溢流管板 56 的整体 部分， 或者可以穿过漩涡溢流管板 56。 在所示的全部实施方式中， 漩涡溢流管流体连接静电 过滤器 70。
在图 3a、 5、 7 和 8 所示实施方式中， 漩涡溢流管 66 导向漩涡指状件 68， 在图 3a、 5 和 8 中， 漩涡指状件 68 与导向静电过滤器 70 下端的空气通道 74 连通， 而在图 7 中直接与 静电过滤器 70 的顶端连通。但是， 也可以让漩涡溢流管 66 与集气室或集流管 98 连通， 而 后者与空气通道连通或者直接与静电过滤器 70 连通。在图 6a 中， 可以看出漩涡溢流管管 66 与集气室 98 连通， 集气室直接与静电过滤器 70 顶端连通。
在图 3a 和 3b 中， 可以看出空气通道 74 布置在分离设备 6 中心的纵向下方。静电 过滤器 70 布置在空气通道 74 周围， 以使空气通道 74 局部或者全部被静电过滤器 70 包围。 静电过滤器 70 上端经由排气集流管 94 流体连接到分离设备 6 的排出端口 96。排气集流管 94 至少局部包围漩涡指状件 68， 从而形成包含两条不同流体空气通道的排气集流管， 第一 空气通道是排气集流管 94 本身， 而第二空气通道是漩涡指状件 68。
在图 5 中， 可以看出， 空气通道 74 为环形， 且至少局部被静电过滤器 70 包围。空 气通道 74 布置成向静电过滤器 70 下端提供流体通道， 或者单独流体通道。排气通道 100 在静电过滤器 70 的上端和位于分离设备 6 下端的排出端口 96 之间提供流体通道。排气通 道 100 布置在分离设备 6 中心纵向的下方。空气通道 74 布置在排气通道 100 周围， 以使排 气通道 100 局部或全部被空气通道 74 包围。
在图 6a 中， 可以看出集气室 98 流体连接漩涡溢流管 66 和静电过滤器 70。静电过
滤器 70 的下端流体连接到位于分离设备 6 下端的分离设备 6 的排出端口 96。在该实施方 式中， 不存在空气通道或排气通道。
在图 7 中， 可以看出漩涡指状件 68 直接导向静电过滤器 70。环形排气通道 100 布 置在静电过滤器 70 周围， 以使静电过滤器 70 布置在分离设备 6 中心的纵向下方， 并且局部 或全部被环形排气通道 100 包围。环形排气通道 100 的上端通过位于分离设备 6 上端的排 气集流管 94 流体连接到分离设备 6 的排出端口 96。同样， 排气集流管 94 至少局部包围漩 涡指状件 68， 以形成包含两个不同流体空气通道的排气集流管 94， 第一个通道是排气集流 管 94 本身而第二个通道是漩涡指状件 68。
如图 8 所示， 空气通道 74 是环形形状且环绕静电过滤器 70。空气通道 74 又被第 二旋风清洁级 22 环绕。第二旋风清洁级 22 也至少部分地被第一旋风清洁级 20 环绕。空 气通道 74 被设置为提供从次级旋风器 50 至静电过滤器 70 的下端的流体通路。
在上述全部实施方式中， 静电过滤器 70 布置在分离设备 6 纵向的下方， 以使次级 旋风器 50 和灰尘收集仓 64 的至少一部分包围静电过滤器 70。可以看出次级旋风器 50 包 围静电过滤器 70 的顶部， 而灰尘收集仓 64 包围静电过滤器 70 的下部。还可以看出静电过 滤器 70 从漩涡溢流管板 56 延伸到基座 26 附近。 在图 3a、 3b、 4 和 5 中所示的实施方式中， 静电过滤器 70 包括同心布置的圆柱形第 一、 第二和第三电极 76、 78 和 80。过滤介质 82 位于第一和第二电极 76、 78 与第二和第三电 极 78、 80 之间。
静电过滤器 70 还包括呈电晕放电电极 84 和两个曲率较小的电极 86 形式的电晕 放电装置。但是， 没有电晕放电装置， 静电过滤器 70 也可以工作。
曲率较小的第一电极 86 是第一电极 76 在过滤介质 82 下表面 88 以下的延伸部， 而曲率较小的第二电极 86 是第三电极 80 在过滤介质 82 下表面 88 以下的延伸部。
电晕放电电极 84 为在过滤介质 82 下表面 88 以下延伸的第二电极 78 的锯齿形下 边缘 90 的形式。可以看出， 曲率较小的电极 86 向电晕放电电极 84 的锯齿形下边缘 90 上 游和下游伸出。
第一和第三电极 76、 80 处于 0 伏， 而第二电极 78 处于 -2 或 -4kV 到 -10kV。电极 76、 78、 80 连接到高压电源。高压电源由 PCB93 产生， PCB93 优选位于排气集流管 94 内。
电极 76、 78、 80 可以由任何适当导电材料例如铝形成。
在图 6a 和 6b 所示的实施方式中， 静电过滤器 70 包括多个平行布置的第一和第二 平板电极 76、 78。过滤介质 82 位于每个相邻的第一和第二电极 76、 78 之间， 形成分层的静 电过滤器 70。静电过滤器 70 的截面可以为任何形状， 但是优选为圆柱形。第一和第二电 极 76、 78 布置在第三圆柱形壁 54 内侧， 第三圆柱形壁提供形成静电过滤器 70 外表面的管 状通道。第一和第二电极 76、 78 纵向布置成提供多个平行空气通道， 它们穿过静电过滤器 70 纵向伸展。
静电过滤器 70 还包括呈电晕放电电极 84 和曲率较小的电极 86 形式的电晕放电 装置。但是， 在没有电晕放电装置的情况下， 静电过滤器 70 也可以工作。每个曲率较小的 电极 86 是第一电极 76 在过滤介质 82 上表面 102 上方的延伸部。电晕放电电极 84 为在过 滤介质 82 上表面 102 上方延伸的第二电极 78 的锯齿形上边缘 91 的形式。可以看出， 曲率 较小的电极 86 向电晕放电电极 84 的锯齿形上边缘 91 上游和下游伸出。
第一电极 76 处于 -2 或 0V， 而第二电极 78 处于 +/-2 或 4 到 +/-10kV。电极 76、 78 连接到高压电源。
在图 7 中， 可以看出上述静电过滤器 70 被替代形式的静电过滤器 70 取代。在该 实施方式中， 静电过滤器 70 可以是摩擦静电过滤器或驻极介质静电过滤器 70。
静电过滤器 70 当然可以由针对图 3a、 3b、 4、 5、 6a 和 6b 所述的静电过滤器 70 所取 代。同样， 在图 3a、 3b、 4、 5、 6a 和 6b 中所述的静电过滤器 70 可以由不同类型的过滤器 70 取代， 例如摩擦静电过滤器或驻极介质过滤器。
在图 8 中所示的实施例中， 静电过滤器 70 的细节没有被示出。该实施例中的静电 过滤器可以如前述实施例中的任一个中所示和所述的那样， 例如静电过滤器 70 可具有圆 柱形电极， 例如如图 3a 中所示， 或其可具有平板电极， 例如如图 6a 中所示。替换地， 静电过 滤器 70 可以是摩擦静电过滤器或驻极介质静电过滤器 70， 如图 7 中所示。
在上述实施方式使用过程中， 带尘空气经由带尘空气入口 40 进入分离设备 6， 由 于入口 40 切向布置， 所以带尘空气遵循外壁 24 周围的螺旋路径行进。较大的赃物和灰尘 颗粒被环形室 38 内的气旋作用沉积并收集在灰尘收集仓 34 内。被部分清洁的带尘空气经 由遮罩 42 上的穿孔 46 离开环形室 38， 并进入通道 48。被部分清洁的带尘空气然后进入次 级旋风器 50 的切向入口 52。旋风分离作用产生于次级旋风器 50 内， 以便仍然夹杂在气流 中的一些灰尘颗粒发生分离。在次级旋风器 50 内从气流中分离的灰尘颗粒沉积在第二环 形室 58 内， 该环形室至少形成第二旋风清洁级 22 的灰尘收集仓 64 的一部分。被进一步清 洁的带尘空气然后经由漩涡溢流管 66 离开次级旋风器 50。被进一步清洁的带尘空气然后 进入静电过滤器 70。 在图 3a 和 3b 所示实施方式中， 被进一步清洁的带尘空气离开漩涡溢流管 66， 沿着 漩涡指状件 68 并从空气通道 74 向下， 向着静电过滤器 70 的下端行进。然后空气行经由电 晕放电电极 84 和曲率较小的电极 86 形成的电晕放电装置， 以便残留在被进一步清洁的带 尘空气中的任何灰尘颗粒都带有电荷。 包含有带电灰尘的被进一步清洁的带尘空气然后向 上经过过滤介质 82。跨越过滤介质 82 产生电势差， 以使带电灰尘颗粒被吸引到过滤介质 82 的各正负端， 从而将它们俘获在过滤介质 82 内。
被清洁的空气然后经由涡旋溢流板 56 上的孔 92 离开静电过滤器 70 的顶部并进 入排气集流管 94。然后被清洁的空气经由排出端口 96 排出分离设备 6。
在图 5 所示实施方式中， 被进一步清洁的带尘空气离开漩涡溢流管 66， 沿着漩涡 指状件 68 并从空气通道 74 下降， 向着静电过滤器 70 底端行进。然后空气经过由电晕放电 电极 84 和曲率较小的电极 86 形成的电晕放电装置， 以使残留在被进一步清洁的带尘空气 中的任何灰尘颗粒都变得带电。 包含带电灰尘的被进一步清洁的带尘空气然后向上经过过 滤介质 82。穿过过滤介质 82 产生电势差， 使得带电灰尘可以被吸引到过滤介质 82 各正负 端， 从而将它们俘获到过滤介质 82 内。
然后被清洁的空气离开静电过滤器 70 顶部， 并进入排气通道 100， 排气通道引导 空气向下经过分离设备 6 的中心， 到达位于分离设备 6 下端的排出端口 96。
在图 6a 和 6b 所示实施方式中， 被进一步清洁的带尘空气离开漩涡溢流管 66 并进 入集气室 98。所述空气经过集气室 98 并进入静电过滤器 70 顶部。然后所述空气经过由电 晕放电电极 84 和曲率较小的电极 86 形成的电晕放电装置， 以使残留在被进一步清洁的带
尘空气中的任何灰尘颗粒都变得带电。 包含带电灰尘的被进一步清洁的带尘空气然后向下 经过过滤介质 82。穿过过滤介质 82 产生电势差， 使得带电灰尘颗粒吸引到过滤介质 82 的 各正负端， 从而将它们俘获到过滤介质 82 内。
然后被清洁空气离开静电过滤器 70 下端并经由位于分离设备 6 下端的排出端口 96 排出分离设备 6。
在图 7 所示实施方式中， 被进一步清洁的带尘空气离开漩涡溢流管 66， 沿着漩涡 指状件 68 进入静电过滤器 70。被进一步清洁的带尘空气向下经过静电过滤器 70。随后， 被清洁的空气离开静电过滤器 70 下端并向上经过排气通道 100 经由位于分离设备 6 上端 的排出端口 96 离开分离设备 6。
在图 8 中所示的实施例中， 该被进一步清洁的带灰尘的空气穿出旋涡溢流管 66、 沿着旋涡指状件 68 下行通过空气通道 74 且朝向静电过滤器 70 的底端行进。包含带电灰 尘的该被进一步清洁的带灰尘的空气然后向上行进穿过静电过滤器 70。 清洁的空气然后经 由位于分离装置 6 的上端上的排出口 96 离开静电过滤器 70 的上端。
从说明书中应该理解， 分离设备 6 包括两个不同的旋风分离级， 和不同的静电过 滤级。第一旋风清洁级 20 包括单一圆柱形旋风器 32。该旋风器的直径相对较大的外壁 24 意味着颗粒相对较大的灰尘和赃物将从空气中分离， 因为施加在灰尘和赃物上的离心力相 对较小。一些细小的灰尘也可以被分离。较大比例的较大赃物将可靠地沉积在灰尘收集仓 34 中。
存在十二个次级旋风器 50， 每一个具有比圆柱形旋风器 32 小的直径， 所以较之圆 柱形旋风器 32 能分离更细小的赃物和灰尘颗粒。它们还具有的额外优势是， 对已经被圆柱 形旋风器 32 清洁的空气的挑战， 并且夹杂灰尘颗粒的数量和平均尺寸比其他情况时更小。 次级旋风器 50 的分离效率显著高于圆柱形旋风器 32， 但是一些较小的颗粒仍然能经过次 级旋风器 50 到达静电过滤器 70。
在上述全部实施方式中， 过滤介质 82 可以由任何适当材料形成， 例如由聚酯制成 获得的开孔网状聚氨酯泡沫材料 (open cell reticulated foam) 制成。
过滤介质 82 具有介于 3 到 12PPI 的范围的 PPI， 优选介于 8 到 10PPI 的范围， 最优 选介于 3 到 6PPI 的范围。图 3a 所示过滤介质 82 的孔尺寸和 PPI 沿着其长度变化， 因为其 由两个部分形成， 每个部分具有不同的孔尺寸和 PPI。 在图 3a 所示实施方式中， 上游部分具 有 3 或 8PPI， 而下游部分具有 6 或 10PPI。
孔尺寸 / 直径可使用下述方法测量。
1) 穿过水平截面取得泡沫结构的显微图片， 以确保孔一致性。
2) 选择五个单独的孔。
3) 每个孔的直径应被测量到不小于 100 微米的精度且在五个孔上取得平均值。
4) 该平均孔尺寸 ( 孔直径 ) 以微米或毫米测量。
每英寸的孔数是通过将以微米表示的孔直径去除 25400(1 英寸＝ 25400 微米 ) 来 计算的。
在所有所示的实施例中， 优选的是， 所有电极都是无孔的。但是， 只要第一和第二 电极是无孔的， 如果期望的话， 任意其它电极可以是有孔的。