Устройство вакуумной чистки, содержащее узел с подвижной поверхностью для формирования вибрирующего воздушного потока - RU2567688C2
Код документа: RU2567688C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству вакуумной чистки, содержащему узел для аэродинамического воздействия на частицы пыли и/или поверхность, которая должна быть очищена, чтобы частицы были отделены от поверхности и стали находящимися в воздухе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вакуумная чистка является широко известным способом для удаления пыли с поверхностей, в частности, полов. В целом, в области вакуумной чистки, всасывающая сила формируется и применяется для вынуждения пыли и частиц смещаться с поверхности, чтобы быть счищенными в другое местоположение, такое как контейнер для улавливания частиц. В процессе может быть желательным возмущение поверхности, чтобы способствовать удалению частиц с поверхности под воздействием всасывающей силы, как упоминалось. Для этой цели возможно использовать инструмент для реального контактирования с поверхностью, которая должна быть очищена. Однако также известно использование другой методики, а именно, методики, которая вовлекает использование своего рода воздушного насоса, в котором воздушные волны формируются для вызова вибрации поверхности, которая может помочь в освобождении частиц пыли с поверхности.
US 7,383,607 раскрывает устройство возмущения, которое пригодно для использования в чистящей головке пылесоса, и которое включает в себя первый и второй пути потока. Каждый из этих путей потока содержит резонирующую полость и входное/выходной отверстие, которое соединяет полость с пространством внутри чистящей головки. Генератор, такой как громкоговоритель с диафрагмой, формирует волну переменного давления между отверстиями. Волны давления испускаются из одного из отверстий в отношении противофазы с волнами давления из другого из отверстий, таким образом, уменьшая шум функционирования. Когда пылесос, частью которого является устройство возмущения, используется для чистки ковра, движение воздуха в/из отверстий вызывает вибрацию ворса ковра и служит для высасывания пыли из пространства между волокнами ковра.
US 7,383,607 показывает, что в известном устройстве возмущения частота вибрирующего воздушного потока предпочтительно выбирается с тем, чтобы быть резонансной частотой ковра, который должен быть очищен. Следовательно, предпочтительно, чтобы частота функционирования была изменяемой.
Отмечено, что устройство возмущения, известное из US 7,383,607, помогает освобождению пыли от ковра, но оно не способно эффективно освобождать пыль из внутренней части ковра и делать ее находящейся в воздухе. Этого нельзя сделать посредством одного лишь вызова вибрации, как упоминалось, даже если частота, на которой происходит вибрация, находится в резонансном диапазоне. Более того, когда известное устройство возмущения используется, всегда существует необходимость в дополнительной системе для реального принуждения пыли уходить с ковра, а именно, традиционной системе, содержащей двигатель и вентилятор для формирования всасывающей силы.
Другое устройство для удаления и смещения материала с поверхности и в нагнетательный канал известно из US 4,018,483. В частности, известное устройство приспособлено, чтобы смещать материал под влиянием положительного давления, высокоскоростного потока жидкости из струйного устройства. Поток жидкости управляется посредством использования средства прилипания к стенке, содержащего неогражденную поверхность Коанада, расположенную рядом со струйным устройством и размещенную на стороне потока, противоположной стороне материала, который должен быть смещен, посредством чего поток прилипает к поверхности Коанда, и поток и захваченный материал направляются вдоль поверхности Коанда и в нагнетательный канал, а затем направляются в улавливающее устройство.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставить устройство вакуумной чистки, содержащее узел для освобождения пыли в поверхности, которая должна быть очищена, который является намного более эффективным, чем устройства согласно уровню техники, в частности, устройство, известное из US 7,383,607, как описано выше, и который предлагает возможность опускания традиционной системы всасывания в устройстве вакуумной чистки. Цель достигается посредством устройства вакуумной чистки, которое содержит узел для аэродинамического воздействия на частицы пыли и/или поверхность, которая должна быть очищена, чтобы частицы были отделены от поверхности и стали находящимися в воздухе, в котором узел содержит корпус, имеющий внутреннее пространство, ограниченное стенкой корпуса, в которой расположено по меньшей мере одно отверстие, подвижную поверхность, которая интегрирована в стенку корпуса, и средство для возбуждения подвижной поверхности, которое приспособлено для осуществления вибрирующего движения поверхности, которое заставляет воздух попеременно всасываться в корпус через отверстие с различных направлений отверстия, и вытесняться из корпуса через отверстие в форме направленной струи.
Когда настоящее изобретение применяется, подвижная поверхность, которая является частью узла, и которая используется для формирования воздушных волн, возбуждается таким образом, чтобы имелась асимметрия между фазами всасывания и нагнетания. Во время втекания воздух всасывается с различных направлений в корпус узла, а во время вытекания формируется направленная струя воздуха. Фактически, узел, который является частью устройства вакуумной чистки согласно настоящему изобретению, может рассматриваться как средство для формирования так называемой синтетической струи. Понимание того, что синтетическая струя может использоваться в области вакуумной чистки, является достижением настоящего изобретения. Согласно настоящему изобретению, вибрирующий синтетический воздушный поток используется, чтобы аэродинамически воздействовать на частицы пыли и/или поверхность, которая должна быть очищена, чтобы частицы были отделены от поверхности и стали находящимися в воздухе. Более того, возможно использовать направленный наружу воздушный поток для транспортировки частиц пыли в желаемое местоположение, при этом традиционный всасывающий воздушный поток, формируемый вентилятором или подобным, может быть опущен.
При заданной частоте вибраций и заданной геометрии отверстия в стенке корпуса узла, направленная струя воздуха формируется, когда скорость воздуха через отверстие достаточно высока. Общеизвестным числом, которое применимо здесь, является так называемое число Струхаля, которое определяется следующим образом:
где Sr - это число Струхаля, f - частота движения поверхности, которая является частью узла, d - характеристический размер отверстия, а v - средняя скорость воздуха в отверстии в фазе нагнетания цикла всасывания и вытеснения воздуха. Вообще говоря, для цели гарантии того, что синтетическая струя осуществляется, выгодно, чтобы число Струхала было ниже определенного максимума, при этом значение этого максимума связано с характеристиками рассматриваемого отверстия, в частности формой отверстия. Если отверстие является осесимметричным отверстием, например, круглым отверстием, предпочтительно, чтобы выполнялся следующий критерий: Sr≤1, и более предпочтительно, чтобы выполнялся следующий критерий: Sr≤0,5. В этом случае диаметр отверстия является характеристическим размером. К тому же, если отверстие имеет удлиненную прямоугольную форму, с длинной стороной, которая по меньшей мере в 10 раз длиннее, чем короткая сторона, предпочтительно, чтобы выполнялся следующий критерий: Sr≤0,25, и более предпочтительно, чтобы выполнялся следующий критерий: Sr≤0,1. В этом случае длина короткой стороны отверстия является характеристическим размером. В целом, предпочтительно, чтобы число Струхаля было не выше 1.
В принципе, отверстие может иметь любую подходящую форму. Примером возможности, отличной от осесимметричной формы и удлиненной прямоугольной формы, является квадратная форма. В этом случае длина стороны отверстия является характеристическим размером. При конструировании отверстия квадратной формы удобно использовать критерий, который применим в случае осесимметричной формы. При конструировании отверстия прямоугольной формы, которая не обязательно является удлиненной прямоугольной формой и также не является квадратной формой, возможным вариантом является использование критерия, который применим в случае удлиненной прямоугольной формы.
Для полноты отметим, что следующие две публикации являются значимыми в области критериев формирования струи:
R. Holman, Y. Utturkar, R. Mittal, B.L. Smith, and L. Cattafesta; Formation Criterion for Synthetic Jets (Критерий формирования для синтетических струй); журнал Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA), том 43(10), стр. 2110-2116, 2005; и
J.M. Shuster, and D.R. Smith; A Study of the Formation and Scaling of a Synthetic Jet (Исследование формирования и масштабирования синтетической струи); статья AIAA, 2004-0090, 2004.
С настоящим изобретением, в противоположность уровню техники, известному из US 7,383,607, отсутствует фокусировка на вызове вибрирования поверхности, которая должна быть очищена, и настройке частоты функционирования с тем, чтобы осуществлять вибрации, которые наиболее эффективны. Вместо этого, важным является осуществление характеристик геометрии и возбуждения/функционирования для наличия синтетической струи, в котором имеется асимметрия в воздушном потоке. В фазе нагнетания формируется направленная струя, которая является намного более эффективной для отделения частиц пыли от ковра или другой поверхности, которая должна быть очищена, чем известный воздушный поток, который главным образом используется для осуществления эффекта вибрации. Более того, направленная струя может использоваться для транспортировки частиц пыли в желаемое местоположение.
В практическом варианте осуществления, корпус, который является частью узла, может содержать часть в форме трубы, в которой присутствует отверстие в ее конце. Часть в форме трубы может способствовать определению направления исходящей струи воздуха.
В целом, узел может содержать средство для направления воздуха, который вытесняется из корпуса во время функционирования, в направлении отверстия. Согласно первой возможности, это средство может быть особенно подходящим для направления воздуха в направлении другой части узла. В таком случае, может быть так, что во время процесса чистки ковра пыль высасывается из ворса ковра во время фазы всасывания и транспортируется в предназначенную другую часть узла во время фазы нагнетания. Во время этой последней фазы может иметь место вовлечение, которое заставит дополнительную пыль быть удаленной из ковра. Более того, в таком случае благоприятно, если направляющее средство имеет конкретную ориентацию, то есть ориентацию, которая заставляет исходящую струю быть направленной от ковра, при этом угол между струей и ковром находится в диапазоне от 0° до 40°. Угол может быть даже больше чем 40°. Говоря в терминах конструкции узла, может быть плоская область снаружи узла для направления узла по поверхности, которая должна быть подвергнута процессу вакуумной чистки, при этом направляющее средство может быть ориентировано под углом, который находится в диапазоне от 0° до 40° относительно плоской области, как упомянуто. Плоская область является подходящей для контакта с ковром или другой поверхностью, которая должна быть очищена, и гарантирования того, что узел надлежащим образом расположен относительно рассматриваемой поверхности во время использования.
Помимо первой возможности, как описано выше, имеется вторая возможность для направляющего средства, а именно, возможность, согласно которой направляющее средство способно направлять воздух как по направлению отверстия, так и в направлении из узла. В таком случае, синтетическая струя может использоваться для открывания ковра и удаления пыли из ковра посредством действия прямого нагнетания. Более того, ориентация направляющего средства может быть такой, что угол относительно поверхности, которая должна быть очищена, находится в диапазоне от 0° до 40°. Угол может быть даже больше чем 40°. Это особенно применимо, когда поверхность, которая должна быть очищена, является твердым полом.
Выступ может быть расположен на внешней части узла, на отверстии, чтобы сделать возможным доступ внутрь узла с тем, чтобы процесс открывания ковра выполнялся механическим образом. Будет понятно, что открывание ковра увеличивает эффективность удаления пыли.
Для узла является возможным содержать двойное внутреннее пространство, ограниченное стенкой корпуса, в которой расположено по меньшей мере одно отверстие, при этом часть стенки корпуса установлена внутри корпуса и составляет разделение между двумя внутренними пространствами, и при этом подвижная поверхность расположена в этой конкретной части стенки корпуса. В этом случае имеется по меньшей мере два пути исходящего потока, которые могут находиться в противофазе, чтобы уменьшить громкость звука, способом, известным из US 7,383,607, например.
В другом возможном варианте осуществления, узел содержит дополнительный корпус, имеющий внутреннее пространство, ограниченное стенкой корпуса, в которой расположено по меньшей мере одно отверстие, при этом внутренние пространства корпусов находятся в связи друг с другом через отверстия. В этом варианте осуществления, дополнительный корпус может использоваться для приема пыли, которая вовлекается воздушным потоком из корпуса, содержащего подвижную поверхность. Преимущественно, внутренние пространства обоих корпусов находятся в связи с отверстием в узле для позволения доступа к внутренней части узла через их отверстия с тем, чтобы воздух мог свободно перетекать между внутренними пространствами каждого из корпусов и поверхностью, которая должна быть очищена, а также между внутренними пространствами корпусов.
Когда узел содержит два корпуса, как упоминалось, может быть так, что каждый корпус имеет два отверстия, при этом внутренние пространства корпусов находятся в связи друг с другом через эти отверстия, т.е. в двух положениях. В этом случае, дополнительное соединение между внутренними пространствами корпусов может использоваться для наведения суммарного потока в дополнительный корпус посредством вовлечения под влиянием синтетической струи, формируемой подвижной поверхностью в другом корпусе. Когда дополнительный корпус используется для приема пыли, как упомянуто выше, наведенный поток способствует транспортировке пыли. Может быть даже так, что не будет необходимости в применении отдельного средства для формирования транспортирующего потока, поэтому энергетические требования узла могут быть очень невысокими.
Часть стенки дополнительного корпуса может иметь углубление во внутренней части корпуса, чтобы избежать ситуации, в которой пыль может перемещаться взад и вперед в корпусе под влиянием вибрирующего воздушного потока. Когда пыль возвращается, она удерживается углублением.
Дополнительный корпус может иметь отверстие, которое открыто пространству вне узла. Это другой способ освобождения транспортирующего потока, который не требует большого количества энергии, так как транспортирующий поток не засасывается на поверхности, которая должна быть очищена, что может привести к потере мощности, особенно в случае, когда поверхность является ковром, а засасывается напрямую из пространства вне узла.
Узел может содержать более чем один корпус, имеющий подвижную поверхность. В таком случае может быть получена ситуация, в которой различные синтетические струи одновременно дуют на поверхность, которая должна быть очищена, и вытесняются в другую часть узла, например. Более того, в таком случае возможно встроить своего рода переключатель между различными режимами функционирования комбинации корпусов, имеющих подвижную поверхность, в зависимости от характеристик поверхности, которая должна быть очищена, например.
Возможно использовать фильтр для защиты внутреннего пространства корпуса и отверстия от загрязнения. Когда это выполняется, риск того, что слишком много пыли попадет в пространство и повредит подвижную поверхность внутри, минимизируется, в то время как характеристики воздушного потока сохраняются.
В пределах контекста настоящего изобретения возможны многие практические варианты осуществления, при этом направленная струя из корпуса узла может использоваться для различных целей, которые благоприятны в области вакуумной чистки.
Вышеописанные и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны из и объяснены со ссылкой на нижеследующее подробное описание нескольких вариантов осуществления узла, который предназначен для использования в устройстве вакуумной чистки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет теперь объяснено более подробно со ссылкой на фигуры, на которых равные или схожие части обозначены одинаковыми символами ссылок, и на которых:
Фигура 1 схематически показывает базовое расположение узла, который предназначен для использования в устройстве вакуумной чистки;
Фигура 2 иллюстрирует входящий поток и выходящий поток воздуха, которые формируются на двух различных стадиях функционирования узла;
Фигура 3 схематически показывает вид в разрезе первого практического варианта осуществления узла;
Фигура 4 иллюстрирует потоки воздуха, которые формируются во время двух различных стадий функционирования узла, показанного на фигуре 3;
Фигура 5 схематически показывает вид в разрезе второго практического варианта осуществления узла;
Фигура 6 схематически показывает вид в разрезе третьего практического варианта осуществления узла;
Фигура 7 схематически показывает вид в разрезе четвертого практического варианта осуществления узла;
Фигура 8 схематически показывает вид в разрезе пятого практического варианта осуществления узла;
Фигура 9 схематически показывает вид в разрезе шестого практического варианта осуществления узла; и
Фигура 10 схематически показывает вид в разрезе седьмого практического варианта осуществления узла.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фигура 1 схематически показывает базовое расположение узла 1, который предназначен для использования в устройстве вакуумной чистки и служит для иллюстрации сущности функционирования узла 1. В устройстве вакуумной чистки (не показано на фигурах), узел 1 используется в положении наконечника устройства, где происходит действие удаления пыли с поверхности, которая должна быть очищена. В дальнейшем предполагается, что поверхность, которая должна быть очищена, является ковром, что не меняет того факта, что устройство также применимо с другими типами поверхностей. Ввиду предназначенного использования узла 1, узел 1 будет в дальнейшем в материалах настоящей заявки также указываться ссылкой, как узел 1 вакуумной чистки.
Для полноты отметим, что хорошо известным является факт, что устройство вакуумной чистки служит для удаления пыли с поверхности, которая должна быть очищена, которая обычно является поверхностью пола. Помимо наконечника для сбора пыли, традиционное устройство вакуумной чистки содержит средство для приложения всасывающей силы в положении наконечника и вдоль внутреннего пути от наконечника до точки для улавливания пыли и средства для отделения пыли от воздуха. Во многих случаях, наконечник соединен с точкой улавливания пыли через подходящие трубы.
Фигура 1 иллюстрирует тот факт, что узел 1 вакуумной чистки содержит корпус 10, имеющий внутреннее пространство 11, ограниченное стенкой 12 корпуса. Корпус 10 может иметь различные формы и размеры, в зависимости от особенностей конкретной ситуации. В любом случае, по меньшей мере одно отверстие 13 расположено в стенке 12 корпуса, которое также может иметь различные формы и размеры. Также имеется подвижная поверхность 30, которая интегрирована в стенку 12 корпуса. В конкретных случаях, подвижная поверхность 30 может содержать гибкую мембрану или подобное, и может являться частью устройства, похожего на громкоговоритель, как схематически показано на фигуре 2, или любой другой подходящий тип устройства, в котором расположено средство для возбуждения подвижной поверхности 30. Например, подвижная поверхность 30 может являться торцевой поверхностью поршня, или поверхностью пьезоматериала.
Когда узел 1 вакуумной чистки управляется, и средство для возбуждения подвижной поверхности 30 принуждается к выполнению своей функции, подвижная поверхность 30 перемещается в свое положение в стенке 12 корпуса. Средство возбуждения приспособлено, чтобы осуществлять перемещения взад и вперед поверхности 30, с тем чтобы был получен вибрирующий воздушный поток. Отметим, что на фигуре 1 движение взад и вперед поверхности 30 обозначено посредством двусторонней стрелки.
Движение взад и вперед само по себе не формирует суммарный воздушный поток. Во время фазы нагнетания, т.е. фазы, в которой воздух заставляют вытекать из отверстия 13, имеет место разделение потока в положении отверстия 13. Согласно настоящему изобретению, функционирование средства возбуждения и геометрия корпуса 10 приспособлены друг к другу таким образом, чтобы разделенный поток осуществлялся с достаточно малым числом Струхаля, которое определяется соотношением между частотой движения поверхности 30, характеристическим размером отверстия 13 и средней скоростью воздуха в отверстии 13 в фазе нагнетания цикла всасывания и вытеснения воздуха, следующим образом:
где Sr - это число Струхаля, f - частота, как упоминалось, d - характеристический размер, как упоминалось, а v - скорость, как упоминалось. В случае, когда отверстие 13 является осесимметричным отверстием, значение 0,63 является практическим примером максимального числа Струхаля Sr, а в случае, когда отверстие 13 имеет удлиненную прямоугольную форму, значение 0,075 является практическим примером максимального числа Струхаля Sr.
Относительно средней скорости v воздуха в отверстии 13, отметим, что на практике можно ожидать, что скорость имеет определенное распределение по отверстию 13 и изменяется во время фазы нагнетания цикла. Следовательно, на практике скорость v может быть определена, как скорость v, которая найдена как среднее различных значений внутри отверстия 13, по всей площади отверстия 13, как среднее во время фазы нагнетания. Скорость v определяется различными факторами, включающими в себя характеристики вибрирующего движения поверхности 30 и геометрию корпуса 10. В контексте этой геометрии имеются другие определяющие факторы, такие как размер поверхности 30, размеры отверстия 13 и объем внутреннего пространства 11 корпуса 10. Скорость v может быть определена любым подходящим образом, включая использование алгоритма или выполнение измерений. Следовательно, возможно осуществить настоящее изобретение и сконструировать узел 1 вакуумной чистки, в котором критерий относительно числа Струхаля Sr выполняется.
Вибрирующее движение поверхности 30 заставляет воздух попеременно засасываться во внутреннее пространство 11 корпуса 10 из внешней среды, и вновь вытесняться во внешнюю среду. Посредством достаточно малого числа Струхаля Sr достигается наличие асимметрии между фазами всасывания и нагнетания. Этот факт проиллюстрирован на фигуре 2, на которой направления потоков воздуха обозначены посредством стрелок. С левой стороны фигуры 2 можно видеть, что во время втекания воздух всасывается с различных направлений во внутреннее пространство 11 корпуса, а с правой стороны фигуры 2 можно видеть, что во время вытекания формируется направленная струя воздуха.
Согласно настоящему изобретению, вибрирующий струйный поток используется в наконечнике устройства вакуумной чистки, чтобы аэродинамически воздействовать на частицы пыли и/или ковер, чтобы пыль отделялась от поверхности и становилась находящейся в воздухе. Различные варианты осуществления, показывающие, как струйный поток может использоваться для осуществления желаемых эффектов в устройстве вакуумной чистки, будут описаны позже на основании фигур 3-10.
Так как рассматривается узел 1 вакуумной чистки, возможны многие изменения к базовой реализации, как описано в дальнейшем. Ниже упоминаются только некоторые из многих возможных примеров. Корпус 10 может иметь множество отверстий 13 с тем, чтобы могли создаваться множественные струи. Задняя часть подвижной поверхности 30 может располагаться в воздухонепроницаемом ограждении, чтобы повысить ее резонансную частоту. Кроме того, задняя часть поверхности 30 может быть соединена с одним или более отверстиями 13 в корпусе 10 также для создания большего количества струй. Так как струи, которые формируются передней и задней частью поверхности 30, находятся в противофазе, достигается преимущество минимизации излучаемого звука. Для той же цели могут использоваться множественные струи, формируемые множественными подвижными поверхностями 30, возбуждаемыми в противофазе.
Обратно, множество подвижных поверхностей 30 могут содержаться в одном корпусе 10 и быть соединены с одним отверстием 13.
Фигуры 3-10 служат для иллюстрации практических вариантов осуществления узла 1 вакуумной чистки. По существу, в вариантах осуществления имеется два различных режима использования вибрирующего струйного потока в положении наконечника устройства вакуумной чистки. Во-первых, нераздельность подвижной поверхности 30 и средства для возбуждения поверхности 30, которое в дальнейшем в материалах настоящей заявки будет указываться ссылкой, как генератор 31 синтетической струи, может использоваться, чтобы засасывать пыль во время втекания, и в значительной степени вытеснять ее по направлению точки улавливания пыли, такой как мешок во время вытекания струи. Во-вторых, струя может вместо этого направляться на ковер, чтобы отделить пыль посредством нагнетания. Комбинация двух режимов в одном варианте осуществления также является возможностью.
Базовый вариант осуществления узла 1 вакуумной очистки, в котором вибрирующий поток направляется в точку улавливания пыли, показан на фигуре 3. Точка улавливания пыли не показана на фигуре, но стрелку, указывающую в направлении этой точки, можно увидеть в левой части фигуры. Направление, в котором узел 1 предпочтительно перемещается по ковру 40, обозначено посредством стрелки, которую можно увидеть в правой стороне фигуры.
В показанном примере, узел 1 вакуумной чистки содержит два корпуса 10, 20, а именно, корпус 10, как описано ранее, который связан с генератором 31 синтетической струи, и корпус 20, который используется для приема направленного потока из упомянутого первым корпуса 10. Для ясности, первый корпус 10 будет указываться ссылкой как корпус 10 генератора струи, а второй корпус 20 будет указываться ссылкой, как корпус 20 канала всасывания. Корпус 10 генератора струи содержит внутреннее пространство 11, стенку 12 корпуса и отверстие 13 в стенке 12 корпуса, как описано выше. В показанном примере отверстие 13 расположено в конце части 14 в форме трубы корпуса 10, которая в дальнейшем в материалах настоящей заявки будет указываться ссылкой как канал 14 потока. Корпус 20 канала всасывания содержит внутреннее пространство 21, стенку 22 корпуса и отверстие 23 в стенке 22 корпуса, которое находится в связи с отверстием 13 корпуса 10 генератора струи. Таким образом, когда направленный струйный поток вытесняется из корпуса 10 генератора струи, поток достигает внутреннего пространства 21 корпуса 20 канала всасывания через отверстия 13, 23, как упоминалось.
Для цели позволения воздуху течь от ковра 40 внутрь узла 1 вакуумной чистки, в узле 1 расположено отверстие 41, которое обеспечивает доступ к внутреннему пространству 21 корпуса канала всасывания в положении, которое находится в непосредственной близости от отверстий 13, 23, через которое внутренние пространства 11, 21 двух корпусов 10, 20 находятся в связи друг с другом. В дальнейшем, отверстие 41, которое является границей между внутренним пространством узла 1 и внешним пространством узла 1, будет указываться ссылкой, как отверстие 41 узла. Часть 42 внешней поверхности узла 1, которая используется для контакта с ковром 40 и позволения узлу 1 располагаться прямо над ковром 40, является плоской, тогда как в положении отверстия 41 узла предоставляется губа 43, которая выступает на некоторое расстояние относительно плоской области 42 в направлении ковра 40. Во время функционирования и движения узла 1 губа 43 служит для открывания ворса ковра, тем самым способствуя извлечению пыли из ковра.
Канал 14 потока, который имеет отверстие 13 корпуса 10 генератора струи в своем конце, тянется прямо над губой 43. Во время функционирования, вибрирующее движение подвижной поверхности 30, которая встроена в стенку 12 корпуса корпуса 10 генератора струи, устанавливает вибрирующий поток в канале 14 потока. Когда воздух всасывается в этот канал 14, он приходит со всех направлений, как изображено посредством стрелок в представлении узла 1 с левой стороны фигуры 4. Когда воздух всасывается назад, разделение потока вынуждает его вытекать из канала 14 потока в виде направленной струи, как изображено посредством стрелки в представлении узла 1 с правой стороны фигуры 4. Струя дополнительно увлекает воздух из своего окружения, как обозначено посредством другой стрелки в представлении узла 1 с правой стороны фигуры 4.
Когда подвижную поверхность 30 вынуждают выполнять движение взад и вперед в своем положении в стенке 12 корпуса корпуса 10 генератора струи, пыль всасывается из открытого ворса ковра в канал 14 потока корпуса 10 генератора струи во время фазы всасывания и выпускается из канала 14 потока во внутреннее пространство 21 корпуса 20 канала всасывания, в направлении точки улавливания пыли, во время фазы вытекания струи. Более того, во время фазы вытекания струи вовлечение заставляет дополнительную пыль удаляться из ковра 40. В среднем, суммарный поток не используется для отделения пыли. Требуется лишь небольшой поток для транспортировки пыли от отверстия 41 узла до точки улавливания пыли, который может быть вызван подходящим средством, таким как вентилятор (не показан) в точке улавливания пыли. Это означает, что поток через ковер 40 и систему устройства вакуумной чистки (трубы, фильтры, т.д.) минимален, производя значительно меньшие потери по сравнению с традиционным устройством вакуумной чистки, в котором один всасывающий воздушный поток используется для всех процессов, которые должны произойти, включая удаление пыли с поверхности, которая должна быть очищена, и транспортировку пыли внутрь устройства.
Фигуры 5-8 показывают альтернативы варианта осуществления узла 1 вакуумной чистки, показанного на фигуре 3 и описанного в предыдущих абзацах. Особенности альтернативных вариантов осуществления будут объяснены в дальнейшем.
Фигура 5 показывает вариант осуществления с дополнительным каналом 15 потока между внутренним пространством 11 корпуса 10 генератора струи и внутренним пространством 21 корпуса 20 канала всасывания. Следовательно, в данном варианте осуществления, внутренние пространства 11, 21, как упомянуто, оба имеют дополнительное отверстие 16, 24 и находятся в связи друг с другом в двух положениях. Во время функционирования генератора 31 синтетической струи в выходном отверстии дополнительного канала 15 потока формируется струя, вызывающая суммарный поток во внутреннем пространстве 21 корпуса 20 канала всасывания посредством вовлечения. В данном варианте осуществления нет необходимости в вентиляторе или подобном, чтобы установить суммарный транспортирующий поток в направлении точки улавливания пыли, посредством чего общая потребность в энергии может быть дополнительно снижена.
Фигура 6 иллюстрирует возможность наличия углубления 25 в стенке 22 корпуса 20 канала всасывания. Это углубление 25 служит в качестве пылеуловителя, предотвращая пыль, попавшую во внутреннее пространство 21 корпуса 20 канала всасывания от возвращения назад между импульсами струи. В качестве альтернативы, углубление 25 может также служить в качестве местного хранилища пыли для ручного типа устройства вакуумной чистки, что также не требовало бы дополнительный вентилятор для формирования транспортирующего потока.
Фигура 7 показывает вариант осуществления, в котором генератор 31 синтетической струи для формирования струйного потока над губой 43 расположен на относительно большом расстоянии от губы 43 и ее окружения, как показано на фигуре. Например, генератор 31 синтетической струи может располагаться в точке улавливания пыли. В этом случае узел 1 вакуумной чистки все еще может иметь требуемое функционирование, когда подвижная поверхность 30 генератора 31 синтетической струи пневматически соединена с каналом 14 потока над губой 43 посредством дополнительных труб.
Фигура 8 показывает вариант осуществления, в котором суммарный поток для транспортировки пыли в корпус 20 канала всасывания засасывается напрямую снаружи через отдельный канал 26, через отверстие 27 в конце канала 26. Так как транспортирующий поток больше не засасывается через ковер 40, потери будут дополнительно минимизированы.
В вышеописанных вариантах осуществления струя, которая формируется генератором 31 синтетической струи, используется для удаления пыли из ковра 40 посредством вовлечения, и возможно для транспортировки пыли внутрь узла 1 вакуумной чистки. Также возможно, чтобы струя направлялась на ковер 40, чтобы отделить пыль посредством нагнетания. Базовый вариант осуществления узла 1, который приспособлен, чтобы иметь струю, направленную, как упомянуто, показан на фигуре 9. Когда узел 1 согласно данному варианту осуществления функционирует, струя имеет функцию в открывании ворса ковра, при этом возможно уменьшить или даже опустить губу 43 для выполнения той же функции механическим образом.
В варианте осуществления узла 1 вакуумной чистки, в которой струя направлена к ковру 40 во время использования, возможно, что генератор 31 синтетической струи для формирования струйного потока над губой 43 расположен на относительно большом расстоянии от губы 43 и ее окружения, как описано на основании фигуры 7. Также, в данном варианте осуществления может присутствовать дополнительный канал 15 потока между внутренним пространством 11 корпуса 10 генератора струи и внутренним пространством 21 корпуса 20 канала всасывания, как описано на основании фигуры 5. Это применение дополнительного канала 15 потока проиллюстрировано на фигуре 10.
Подходящий угол для струи, которая направлена от ковра 40, составляет примерно 25° относительно ковра 40, а подходящий угол для струи, которая направлена на ковер 40, также составляет примерно 25° относительно ковра 40. В целом, предпочтительно, чтобы упомянутые углы находились в диапазоне от 0° до 40°. Говоря в терминах узла 1 вакуумной чистки, углы, как упомянуто, определяются относительно плоской части 42 внешней поверхности узла 1, которая используется для контакта с ковром 40 и позволения узлу располагаться прямо над ковром 40. Для ясности, на фигуре 2 угол струи, которая направлена от ковра 40, т.е. угол ориентации канала 14 потока относительно плоской части 42 внешней поверхности узла 1, показанного на фигуре 2, обозначен посредством α. Более того, на фигуре 9 угол струи, которая направлена на ковер 40, т.е. угол ориентации канала 14 потока относительно плоской части 42 внешней поверхности узла 1, показанного на фигуре 2, обозначен посредством β. Наконец, относительно углов α, β отметим, что эксперименты, которые были проведены в контексте настоящего изобретения, показали, что очень хорошие результаты удаления пыли были получены, когда струя направлена от ковра под углом 25°.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что объем настоящего изобретения не ограничивается примерами, обсужденными выше, но что некоторые их изменения и модификации возможны без отклонения от объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на фигурах и в описании, такие иллюстрация и описание должны считаться лишь иллюстративными или примерными, а не ограничительными. Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
Изменения к раскрытым вариантам осуществления могут быть осмыслены и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике, по изучению фигур, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает другие этапы или элементы, а единственное число не исключает множественности. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что комбинация этих критериев не может быть использована с выгодой. Любые символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих объем настоящего изобретения.
В данном тексте, только слово «пыль» используется для обозначения частиц, которые могут удаляться с поверхности 40, которая должна быть очищена, посредством использования узла 1 вакуумной чистки согласно настоящему изобретению. Для полноты отметим, что настоящее изобретение применимо для удаления многих типов частиц, включая частицы, которые обычно указывались бы ссылкой скорее как частицы грязи, а не частицы пыли, и которые все предполагаются покрытыми посредством использования слова «пыль» в данном тексте.
Обычное использование устройства вакуумной чистки согласно настоящему изобретению - это использование в обычных условиях, в которых воздух окружает устройство. Тем не менее, настоящее изобретение также применимо в случае, когда другой газ, отличный от воздуха, присутствует в непосредственной близости от устройства вакуумной чистки. Следовательно, отметим, что «воздух» в данном тексте и прилагаемой формуле изобретения должен пониматься с тем, чтобы представлять любой возможный газ, который может использоваться в действии засасывания/нагнетания, которое выполняется, когда функционирует узел 1, который является частью устройства вакуумной чистки согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение может быть обобщено следующим образом. В целом, настоящее изобретение предоставляет способ для локального наведения вибрирующего высокочастотного воздушного потока в наконечнике устройства вакуумной чистки для отделения пыли. Существенно, этот воздушный поток не формируется вентилятором в положении в точке улавливания пыли, как в случае с традиционными устройствами вакуумной чистки, и таким образом «отделяется» от потока, который необходим для транспортировки пыли, приводя к меньшим потерям, и, следовательно, увеличенной эффективности. Вибрирующий воздушный поток характеризуется наличием в значительной степени нулевого суммарного потока и наличием асимметрии между фазами всасывания и нагнетания, с тем, чтобы в фазе нагнетания формировалась струя (воздушный импульс). Генератор 31, который необходим для формирования вибрирующего воздушного потока, содержит подвижную поверхность 30, которая интегрирована в стенку 12 корпуса 10, имеющего внутреннее пространство 11 и по меньшей мере одно отверстие 13 для позволения воздуху затекать в и из внутреннего пространства 11. Струя может быть осуществлена, если так называемое число Струхаля Sr, которое можно найти, если частоту f движения подвижной поверхности 30 умножить на характеристический размер d отверстия 13 и разделить на скорость v воздуха в отверстии 13, не выше, чем предопределенный максимум.
Настоящее изобретение относится к устройству вакуумной чистки, которое оборудовано узлом 1 для аэродинамического воздействия на частицы пыли и/или поверхность 40, которая должна быть очищена, чтобы частицы были отделены от поверхности 40 и стали находящимися в воздухе, в котором узел 1 содержит корпус 10, имеющий внутреннее пространство 11, ограниченное стенкой 12 корпуса, в которой расположено по меньшей мере одно отверстие 13, подвижную поверхность 30, которая интегрирована в стенку 12 корпуса, и средство для возбуждения подвижной поверхности 30, которое приспособлено для осуществления вибрирующего движения поверхности 30, которое заставляет воздух попеременно всасываться в корпус 10 через отверстие 13 с различных направлений отверстия 13 и вытесняться из корпуса 10 через отверстие 13 в форме направленной струи.
Более того, настоящее изобретение относится к узлу 1 для использования в устройстве вакуумной чистки для аэродинамического воздействия на частицы пыли и/или поверхность 40, которая должна быть очищена, чтобы частицы были отделены от поверхности 40 и стали находящимися в воздухе, содержащему корпус 10, имеющему внутреннее пространство 11, ограниченное стенкой 12 корпуса, в которой расположено по меньшей мере одно отверстие 13, подвижную поверхность 30, которая интегрирована в стенку 12 корпуса, и средство для возбуждения подвижной поверхности 30, которое приспособлено для осуществления вибрирующего движения поверхности 30, которое заставляет воздух попеременно всасываться в корпус 10 через отверстие 13 с различных направлений отверстия 13 и вытесняться из корпуса 10 через отверстие 13 в форме направленной струи.
Более того, настоящее изобретение относится к использованию в устройстве вакуумной чистки узла 1, содержащего корпус 10, имеющий внутреннее пространство 11, ограниченное стенкой 12 корпуса, в которой расположено по меньшей мере одно отверстие 13, подвижную поверхность 30, которая интегрирована в стенку 12 корпуса, и средство для возбуждения подвижной поверхности 30, которое приспособлено для осуществления вибрирующего движения поверхности 30, которое заставляет воздух попеременно всасываться в корпус 10 через отверстие 13 с различных направлений отверстия 13 и вытесняться из корпуса 10 через отверстие 13 в форме направленной струи, для аэродинамического воздействия на частицы пыли и/или поверхность 40, которая должна быть очищена, чтобы частицы были отделены от поверхности 40 и стали находящимися в воздухе.
Реферат
Устройство вакуумной чистки содержит узел (1), в котором формируется вибрирующий воздушный поток с в значительной степени нулевым суммарным потоком и асимметрией между фазами всасывания и нагнетания с тем, чтобы в фазе нагнетания формировалась струя. Генератор (31), который необходим для формирования вибрирующего воздушного потока, содержит подвижную поверхность (30), которая интегрирована в стенку (12) корпуса (10), имеющего внутреннее пространство (11) и по меньшей мере одно отверстие (13) для позволения воздуху затекать в и из внутреннего пространства (11). Струя может быть сформирована, когда так называемое число Струхаля, представляющее собой частоту движения подвижной поверхности (30), умноженную на характеристический размер отверстия (13) и разделенную на скорость воздуха в отверстии (13), не выше, чем предопределенный максимум. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Формула
где f - это частота движения поверхности (30), d - характеристический размер отверстия (13), а v - средняя скорость воздуха в отверстии (13) в фазе нагнетания цикла всасывания и вытеснения воздуха.
где f - это частота движения поверхности (30), d - диаметр отверстия (13), а v - средняя скорость воздуха в отверстии (13) в фазе нагнетания цикла всасывания и вытеснения воздуха.
где f - это частота движения поверхности (30), d - длина короткой стороны отверстия (13), а v - средняя скорость воздуха в отверстии (13) в фазе нагнетания цикла всасывания и вытеснения воздуха.
