KR20010001210A - 싸이클론 집진장치의 선회류 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심력을 이용하여 공기와 먼지를 분리하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치에 관한 것으로서, 공기가 싸이클론 몸체내로 흡입되는 과정에서 상기 공기의 선회력을 증가시켜 공기로부터 먼지의 분리를 원활히 행할 수 있도록 함과 함께 큰 이물질의 유입에 따른 흡입 불능 유발을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 싸이클론 몸체(10)와, 상기 싸이클론 몸체에 일체로 구비되어 공기 및 오염물이 흡입되는 흡입 유로관(20)과, 싸이클론 몸체 내부로 흡입된 공기가 상기 싸이클론 몸체의 외부로 배출되는 공기 배출관(30)과, 상기 싸이클론 몸체의 흡입 유로관이 위치된 측의 반대측에 형성되어 공기와 함께 싸이클론 몸체 내부로 유입된 오염물이 배출되는 오염물 배출공(40)과, 상기 오염 배출공과 연통된 상태로써 오염물 배출공을 통해 배출되는 오염물을 수집하는 집진통(50)과, 상기 싸이클론 몸체내 공기 유입측에 구비되어 싸이클론 몸체내로 흡입되는 공기를 선회시키는 선회류 발생수단을 구비하여서 된 싸이클론 집진장치에 있어서, 상기 선회류 발생수단을 나선형 블레이드(600)로 구성하여 싸이클론 몸체내로 흡입되는 공기가 나선형 블레이드에 의해 형성되는 하나의 유로(620)만을 통과하면서 선회력을 발생할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치가 제공된다.

Description

싸이클론 집진장치의 선회류 발생 장치{device for revolution of air in cyclone dust collector}

본 발명은 싸이클론(cyclone) 원리를 이용하여 먼지와 같은 각종 오염물을 집진할 수 있는 싸이클론 집진장치에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 공기와 오염물의 분리가 원활히 이루어질 수 있도록 유입되는 공기의 선회류를 발생하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 싸이클론 집진장치는 원심력을 이용하여 공기와 함께 회전하는 오염물(먼지)중 상기 공기는 외부로 배출하고 오염물만을 공기에서 분리하여 수집하는 것으로서, 가정용으로는 주로 진공청소기에 적용되고 있다.

상기한 싸이클론 집진장치는 여러 가지 형태가 있지만 그 중 공기의 유입측과 공기의 유출측이 순방향으로 이루어지면서 공기와 먼지를 분리하는 타입과 공기의 유입측과 공기의 유출측이 역방향(혹은, 접선방향)으로 이루어지면서 공기와 먼지를 분리하는 타입으로도 구분할 수 있다.

미국 특허 제3870486호, 제4853008호, 제4373228호, 제4643738호, 제4593429호, 제5080697호, 제513552호, 제5160356호 등은 공기 유동이 역방향으로 이루어지는 진공청소기의 싸이클론 장치를 개시하고 있다.

이들 싸이클론 장치에서의 선회류 발생부는 상기 싸이클론에 접선방향으로 공기가 유입되도록 함으로써 선회력을 얻도록 한 것을 개시하고 있다.

또한, 미국 특허 제5137554호는 상기 싸이클론 장치에 콘(cone)부에 돌출부를 나선형으로 형성한 것을 개시하고 있으나, 이는 선회력을 얻은 먼지등의 입자들이 원활하게 낙하하도록 하기 위한 것으로 선회력은 상기 특허들과 마찬가지로 접선 방향으로 공기를 유입하도록 하여 발생시키고 있음을 알 수 있다.

유럽 특허 제815788호는 선회력을 얻기 위하여 헬리컬상의 공기흡입튜브를 개시하고 있다.

그러나, 이와 같은 접선 방향 유입이나 헬리컬상의 공기흡입튜브에 의해 선회력을 발생시키는 것은 상기 싸이클론을 청소기에 채용함에 있어서, 특히 상기 싸이클론을 청소기의 흡입노즐과 본체사이를 연결하는 연장관에 적용함에 있어서는 그 구성이 용이하지 못하며, 전체적인 구성이 커지게 되는 문제가 있다.

상기와 같은 문제는 공기 유동이 순방향으로 이루어지도록 함에 의해서 해결될 수 있으며, 미국 특허 제5350432호에서는 이러한 순방향 싸이클론을 청소기의 연장관에 채용한 구성을 개시하고 있다.

이를 도시한 도 1을 참조로 하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 전체적으로 원통형상을 이루는 싸이클론 몸체(10)의 일측편에 공기 및 오염물(먼지, 보푸라기, 종이조각 등등)이 흡입되는 흡입 유로관(20)이 구비되어 있고, 상기 흡입 유로관이 형성된 싸이클론 몸체(10)의 반대측편에는 싸이클론 몸체 내부로 유입된 공기가 배출되는 공기 배출관(30)이 구비되어 있다.

이 때, 상기 공기 배출관은 흡입 유로관(20)을 통해 오염물이 흡입될 수 있도록 흡입력을 발생하는 흡입력 발생수단(도시는 생략함)에 연결되어 있는데, 이는 일반적으로 모터의 구동에 따른 팬의 흡입력을 이용하여 흡입력을 발생하는 수단으로써 이에 관한 도시 및 상세한 설명은 생략한다.

상기 싸이클론 몸체의 공기 배출관(30) 근접부위(일반적으로 싸이클론 몸체 내부의 일측면 외곽측)에는 공기와 함께 싸이클론 몸체(10) 내부로 유입된 오염물이 배출되도록 오염물 배출공(40)이 형성되어 있고, 상기 오염물 배출공과 연통된 상태로써 오염물 배출공을 통해 배출되는 오염물을 수집하도록 집진통(50)이 구비되어 있다.

이와 같이 구성된 싸이클론 집진장치의 작용을 설명하면 후술하는 바와 같다.

우선, 싸이클론 몸체(10)의 일측 즉, 공기 배출관(30)을 통해 흡입력이 발생되면 먼지가 포함된 공기는 상기 싸이클론 몸체의 흡입 유로관(20)을 통해 흡입된 후 상기 싸이클론 몸체의 선회류 발생수단(60)에 의해 내부 둘레측을 따라 선회한다.

이에 따라, 먼지는 상기 싸이클론 몸체(10)의 내벽을 타고 오염물 배출공(40)을 통해 집진통(50)으로 배출되고, 공기는 흡입력이 발생되고 있는 공기 배출관(30)을 통해 싸이클론 몸체(10)의 외부로 배출된다.

상기에서 먼지가 싸이클론 몸체(10)의 내벽을 타고 오염물 배출공(40)을 통해 배출될 수 있음은 일정한 질량을 가지고 있기 때문이다.

즉, F=me(F;원심력, m;질량, e;싸이클론 몸체의 중심으로부터 싸이클론 몸체의 내벽까지 거리, ω;각 가속도)에 의해 질량이 거의 0에 가까운 공기는 원심력을 거의 발생하지 않지만 질량이 있는 먼지는 원심력의 영향을 받아 상기 싸이클론 몸체의 내벽을 선회하게 되는 것이다.

한편, 상기에서 흡입 유로관(20)을 통해 공기를 유입하는 과정에서는 공기에 선회력을 발생시키도록 하여 전술한 바와 같은 먼지와 공기의 분리를 원활히 할 필요가 있다.

이에 따라 종래에는 싸이클론 몸체 내부에 축류 블레이드(axial blade)(61)를 가지는 선회류 발생수단(60)을 장착하여 상기 싸이클론 몸체 내부로 유입되는 공기에 선회력을 부여하였다.

즉, 선풍기의 날개와 같이 여러개의 날개(blade)(61)가 적정 공간(62)을 유지한 상태로써 축(63)의 반경 방향으로 부착된 선회류 발생수단(60)을 이용하여 상기 선회류 발생수단을 통과하는 공기가 상기 다수의 날개(61)에 의해 선회력을 갖도록 한 것이다.

하지만, 종래 전술한 바와 같은 선회류 발생수단은 단순히 각 날개 사이에 형성된 공간을 통과하는 과정중 상기 각 날개의 형상에 따라 그 유로가 안내되면서 선회력을 발생시킬 수 있도록 한 구성으로써 선회력이 그다지 좋지 않았다.

이에 따라, 공기가 통과하는 과정에서 발생되어야 하는 원심력은 비교적 약하게 발생되었고, 이로 인해 먼지와 공기 상호간의 분리가 원활히 이루어지지 않게 되어 결국, 집진력이 저하될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

이는, 일반적으로 흡입 유로관이 싸이클론 몸체의 일측편 중앙에 형성되어 있고, 상기 흡입 유로관을 통해 싸이클론 몸체의 중앙측으로 흡입되는 공기가 선회류 발생수단을 구성하는 각 날개 사이의 공간을 통과하는 과정에서 싸이클론 내부의 주변부로 확산됨과 함께 상기 각 날개사이의 공간에 의해 유동이 여러개로 분리되기 때문이다.

즉, 상기 선회류 발생수단으로써의 축류형 블레이드는 각 날개가 공기 유동방향에 대하여 병렬로 형성되어, 공기 유동을 다수개로 분리시킴으로써 각 날개의 곡면을 따라 유동하면서 선회력을 부여하게 되는 것이다.

이 때, 상기 공기중에 포함된 먼지등의 입자들이 선회되는 선회구간은 상기 각 날개의 길이에 의해 결정되는데, 상기 선회구간이 작기 때문에 입자들이 선회력을 크게 얻지 못하게 된다.

따라서, 흡입 유로관을 통해 유입되는 공기는 싸이클론 집진장치의 단면적 전부분으로 확산되며, 상기 확산 과정에서 공기의 각 입자들은 싸이클론 내주면측에서부터 중앙측에 걸쳐 선회류 발생수단을 통과하게 되고, 이 때 중앙측의 입자들은 그 선회 반경이 작기 때문에 더더욱 선회력을 발생시키지 못하게 되는 것이다.

또한, 이와 같이 다수의 날개로 이루어진 축류형 블레이드를 선회류 발생수단으로 사용함에 따라 흡입력이 상기 싸이클론 집진장치의 단면적 전체에 걸쳐 균일하게 작용하기 때문에, 휴지, 종이류, 스타킹 등과 같은 가볍지만 부피가 큰 입자들은 상기 선회류 발생수단을 통과할 때, 그 전체 면적을 통해 흡입력을 받게 되어 축류형 블레이드를 구성하는 각 블레이드 사이에 걸리게 되며, 이로 인해 청소기 흡입 유로를 막게 되어 결정적인 작동 결함을 발생시키게 된다.

이에 따라 흡입 불능 상태를 유발하게 될 뿐만 아니라 내부 압력이 급격히 높아지게 되어 싸이클론 집진장치에 손상을 주게되는 문제점까지 발생하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 공기가 싸이클론 몸체내로 흡입되는 과정에서 상기 공기의 선회력을 증가시켜 먼지와의 분리를 원활히 행할 수 있도록 함과 함께 큰 이물질의 유입에 따른 흡입 불능 유발을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 순방향 싸이클론 집진장치를 나타낸 종단면도

도 2 는 일반적인 순방향 싸이클론 집진장치의 선회류 발생수단을 나타낸 사시도

도 3 은 본 발명의 선회류 발생수단이 장착된 순방향 싸이클론 집진장치의 제1실시예를 나타낸 종단면도

도 4 는 도 3의 선회류 발생수단을 나타낸 사시도

도 5 는 본 발명의 선회류 발생수단이 장착된 순방향 싸이클론 집진장치의 제2실시예를 나타낸 종단면도

도 6 은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 7 은 본 발명 선회류 발생수단이 장착된 순방향 싸이클론 집진장치의 제3실시예를 나타낸 종단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200. 흡입 유로관 201. 공기 유출측

600. 나선형 블레이드 610. 날개

620. 유로 630. 축

700. 유로 안내가이드

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 싸이클론 몸체와, 상기 싸이클론 몸체에 일체로 구비되어 공기 및 오염물이 흡입되는 흡입 유로관과, 싸이클론 몸체 내부로 흡입된 공기가 상기 싸이클론 몸체의 외부로 배출되는 공기 배출관과, 상기 싸이클론 몸체의 흡입 유로관이 위치된 측의 반대측에 형성되어 공기와 함께 싸이클론 몸체 내부로 유입된 오염물이 배출되는 오염물 배출공과, 상기 오염 배출공과 연통된 상태로써 오염물 배출공을 통해 배출되는 오염물을 수집하는 집진통과, 상기 싸이클론 몸체내 공기 유입측에 구비되어 싸이클론 몸체내로 흡입되는 공기를 선회시키는 선회류 발생수단을 구비하여서 된 싸이클론 집진장치에 있어서, 상기 선회류 발생수단을 나선형 블레이드로 구성하여 싸이클론 몸체내로 흡입되는 공기가 나선형 블레이드에 의해 형성되는 하나의 유로만을 통과하면서 선회력을 발생할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치가 제공된다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 3 내지 도 7을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 3 은 본 발명의 선회류 발생수단이 장착된 순방향 싸이클론 집진장치의 제1실시예를 나타낸 종단면도이고, 도 4 는 도 3의 선회류 발생수단을 나타낸 사시도이며, 도 5 는 본 발명의 선회류 발생수단이 장착된 순방향 싸이클론 집진장치의 제2실시예를 나타낸 종단면도이고, 도 6 은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이며, 도 7 은 본 발명 선회류 발생수단이 장착된 순방향 싸이클론 집진장치의 제3실시예를 나타낸 종단면도로서, 본 발명은 싸이클론 몸체(10)내에 구비되어 흡입되는 공기에 선회력을 부여하는 수단으로써 나선형 블레이드(600)로 구성하여서 된 것이다.

즉, 종래 다수의 축류 블레이드(날개)(61)를 가지는 선회류 발생수단(60)으로써 공기의 유로를 다수로 분리한 상태에서 싸이클론 몸체 내부로 외부 공기를 흡입하는 방식과는 달리 나선형 블레이드(600)을 이용함으로써 공기의 유로를 단 하나로 구성하고, 선회류 발생수단을 크게 하지 않고서도 선회 구간을 충분히 확보하도록 하는 것이다.

이 때, 상기 나선형 블레이드는 중앙에 축(630)을 가지고, 상기 축의 둘레를 따라 날개(610)를 나선형으로 형성함으로써 하나의 유로(620)를 형성하여 상기 형성된 유로를 따라 공기를 안내하도록 한 것이다.

또한, 상기에서 나선형 블레이드(600)와 같이 그 중앙부에 축(630)을 가지는 구성 대신 공기가 나선 회전할 수 있도록 싸이클론 몸체(10)의 내벽을 따라 나선형의 안내 가이드(도시는 생략함)를 설치하여도 상관은 없다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 작용을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 사용자의 필요에 따라 흡입력 발생수단(미도시)을 동작시키면 싸이클론 몸체(10)의 일측 즉, 공기 배출관(30)을 통해 흡입력이 발생된다.

따라서, 먼지가 포함된 공기는 상기 흡입력에 의해 싸이클론 몸체(10)의 흡입 유로관(200)을 통해 흡입된다.

이와 같이 싸이클론 몸체(10)내로 흡입된 공기는 상기 싸이클론 몸체내에 구비된 나선형 블레이드(600)의 날개(610)를 따라 유동하는 과정에서 선회력을 발생하게 되고, 상기와 같은 선회력에 의해 상기 나선형 블레이드를 통과한 공기는 싸이클론 몸체(10)의 내부 둘레를 따라 선회하면서 상기 싸이클론 몸체의 일측에 구비된 공기 배출관(30)을 통해 배출된다.

이 때, 상기 싸이클론 몸체내에서 선회하는 공기중에는 다량의 먼지가 포함되어 있는 상태이고, 상기 먼지는 일정한 질량을 가지고 있음에 따라 원심력을 받게 된다.

이에 따라 상기 먼지는 싸이클론 몸체(10)의 내벽을 타고 선회하면서 공기로부터 분리된 상태로써 오염물 배출공(40)을 통해 집진통(50)으로 배출된다.

한편, 본 발명에서는 흡입되는 공기의 선회력을 보다 뛰어나게 할 수 있도록 흡입 유로관(200)의 공기 유출측(201)이 나선형 블레이드(600)를 구성하는 날개(610)의 시작단(611)을 향하도록 형성하는 것이 가장 바람직하다.

도시한 도 5는 본 발명의 나선형 블레이드를 선회류 발생수단으로 채용한 집진장치의 제2실시예를 보이는 것으로, 흡입 유로관(200)을 싸이클론 몸체(10)의 중심으로부터 일부 편심 형성하여 상기 흡입 유로관이 향하는 방향이 나선형 블레이드(600)를 구성하는 날개(610)의 시작단(611)과 동일한 선상에 위치되도록 함으로써 가능하다.

또한, 도시한 도 7은 흡입되는 공기의 선회력을 보다 크게 하도록 제2실시예와는 또 다른 제3실시예를 보이는 것으로, 제2실시예와 같이 흡입 유로관(200)을 편심되게 하지 않을 경우에는 상기 흡입 유로관의 공기 유출측(201)과 나선형 블레이드(600)를 구성하는 날개(610)의 시작단(611)측으로 유로 안내 가이드(700)를 구비할 수도 있다.

즉, 흡입 유로관(200)을 통해 흡입된 공기가 상기 유로 안내가이드(700)에 의해 나선형 블레이드(600)의 시작단(611)으로 안내되도록 함으로써 흡입 공기가 선회력을 최대한 발휘할 수 있도록 할 수 있다.

도시한 도 6은 상기 제2, 3실시예와 같이 구성할 경우 바람직한 흡입 유로관의 위치를 보이는 것으로, 상기 흡입 유로관의 공기 유출측(201)이 나선형 블레이드(600)의 시작단(611) 위치에 대하여 상기 나선형 블레이드의 유로(620) 내측으로 일부 치우치도록 설치하는 것이 바람직하다.

즉, 나선형 블레이드(600)의 공기 유입이 시작되는 각 날개(610)의 시작단(611) 위치와 흡입 유로관(200)의 공기 유출측(201)의 중심을 일치시킬 경우 상기 흡입 유로관을 통해 흡입되는 공기중 일부(절반)는 상기 나선형 블레이드내로 원활히 유입될 수는 있으나, 그 나머지 일부(절반)는 나선형 블레이드로 이루어지는 선회구간의 일정 원주 길이를 지나서부터 선회되기 때문에 상기 나선형 블레이드의 선회력 발생 효율을 극대화 할 수 없게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 싸이클론 집진장치를 구성하는 싸이클론몸체 내의 공기 흡입 유로구조를 개선함으로써 다음과 같은 각 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 공기가 싸이클론 몸체내로 흡입되는 과정에서 그 유동이 다수로 분산되지 않고 하나로 집중되어 흡입력이 집중되므로 상기 공기의 선회력이 크게 증가되는 효과가 있다.

이에 따라, 공기와 상기 공기내에 포함된 먼지와의 분리가 보다 원활히 수행될 수 있게 된다.

둘째, 큰 이물질이 유입되더라도 싸이클론 몸체내의 집진통으로 원활히 배출될 수 있다.

이에 따라, 상기 큰 이물질에 의한 유로의 막힘이 방지되어 흡입 불능 유발등과 같은 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 선회류 발생수단의 크기(직경 또는 길이)를 늘리지 않더라도, 충분한 선회 구간을 확보할 수 있어서, 선회력을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 싸이클론 몸체와, 상기 싸이클론 몸체에 일체로 구비되어 공기 및 오염물이 흡입되는 흡입 유로관과, 싸이클론 몸체 내부로 흡입된 공기가 상기 싸이클론 몸체의 외부로 배출되는 공기 배출관과, 상기 싸이클론 몸체의 흡입 유로관이 위치된 측의 반대측에 형성되어 공기와 함께 싸이클론 몸체 내부로 유입된 오염물이 배출되는 오염물 배출공과, 상기 오염 배출공과 연통된 상태로써 오염물 배출공을 통해 배출되는 오염물을 수집하는 집진통과, 상기 싸이클론 몸체내 공기 유입측에 구비되어 싸이클론 몸체내로 흡입되는 공기를 선회시키는 선회류 발생수단을 구비하여서 된 싸이클론 집진장치에 있어서,

   상기 선회류 발생수단을 나선형 블레이드로 구성하여 싸이클론 몸체내로 흡입되는 공기가 나선형 블레이드에 의해 형성되는 하나의 유로만을 통과하면서 선회력을 발생할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   흡입 유로관의 공기 유출측을 나선형 블레이드의 시작단 측으로 향하도록 형성하여서 됨을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   흡입 유로관의 공기 유출측이 나선형 블레이드의 시작단 측으로 향하도록 싸이클론 몸체의 중심으로부터 일부 편심 형성한 것을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   싸이클론 몸체내에 흡입 유로관의 공기 유출측으로부터 나선형 블레이드의 시작단 측에까지 이르도록 안내가이드를 구비하여 흡입 유로관을 통해 유입된 공기가 상기 안내가이드에 의해 나선형 블레이드의 시작단으로 안내되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   흡입 유로관의 공기 유출측이 나선형 블레이드의 시작단 위치에 대하여 상기 나선형 블레이드의 유로 내측으로 치우치도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 싸이클론 집진장치의 선회류 발생장치.