专利名称：旋风体和旋风空气净化器及其空气净化方法
技术领域：
本发明总体构思涉及一种离心分离吸入的流体的旋风体以及一种具有该旋风体的旋风空气净化器，更具体地讲，涉及一种吸入的流体的压力损失被最小化并且吸入的流体的离心力被增大了的旋风体、一种包括该旋风体的旋风空气净化器以及与之相关的空气净化方法。
背景技术：
通常，旋风体是一种利用流体的涡流产生的离心力通过比重差别分离含在流体中的固体颗粒或者微粒的离心分离装置。旋风空气净化器是一种安装有旋风体，从而通过旋风体离心分离含有杂质的空气并使空气净化的设备。
在韩国专利公开第10-2005-0110255号以及日本专利公开第2005-81136号和第2003-1144号中披露了传统的旋风体和旋风空气净化器。图1和图2示出了与现有技术的专利公开中披露的旋风空气净化器和旋风体的部件类似的部件。
图1示出了传统的旋风空气净化器，图2示出了传统的旋风体。
如图1所示，传统的旋风空气净化器包括顶端敞开的圆筒形机身10；旋风体20，安装在机身10中；风扇30，安装在旋风体20的上侧，用于吸入和排放空气；风扇电机31，用于驱动风扇30；过滤件32，用于过滤从旋风体20排放的空气。
将参照图2详细描述旋风体20。旋风体20包括圆筒21，流体(例如，含有杂质和/或颗粒的空气或者气体)被引入其中以产生涡流；锥体23，设置在圆筒21的下侧，锥体23的直径向着下部减小以增加旋转的流体的离心力；出口管25，设置在圆筒21的中间以排放与旋转的流体分离而形成上升涡流的空气。
入口端22形成在圆筒21的侧部，使得含有杂质的流体沿着切向从外部进入圆筒21中。排放孔24形成在锥体23的下端，用于将旋转的流体中的大比重颗粒排放到锥体23之外。出口端26形成在出口管25的上端，用于将离心分离的上升空气排放到外部。通过排放孔24排放的颗粒被收集在灰尘收集容器12中。
因此，在图2中示出的传统的旋风体中，流体通过圆筒21的一侧传入，并在沿着圆筒21的内表面的切向旋转的同时流入锥体23中，并通过较大的离心力旋转，从而将大颗粒排放，并在锥体23的中间产生上升涡流，上升涡流进入出口管25并通过出口端26被排放。结果，从空气中分离出杂质。
在图1中示出的设有上述旋风体的旋风空气净化器中，风扇30旋转以围绕入口端22产生低压，使得含有外部杂质的空气被从周围空气吸入到入口端22中，在旋风体20中被离心分离并被从旋风体20排放的空气被排放到排放导向圆筒11，并被过滤件32过滤，最终排放到外部。结果，将空气净化。
然而，在上述传统的旋风空气净化器或者旋风体中，用于吸入流体的入口端以管的形式形成在圆筒的侧部，从而在流体被吸入的同时，由摩擦阻力产生压力损失。此外，鉴于传统的旋风空气净化器的结构，由于流体仅通过旋风体的一侧被吸入，所以当流体沿着几个方向被吸入时，施加于流体的离心力远远小于旋风体实际上可施加于流体的离心力。
此外，在流体被吸入旋风体之后，由于流体的流动方向不一致，所以离心力不能适当地施加于流体，使得压力损失增加而不能充分地进行离心分离。
此外，在上述传统的旋风空气净化器中，因为流体进入旋风体的切向速率由于在旋风体中产生的吸入的流体的压力损失而减小，所以不能获得足够的流量。当为了获得足够的流量而使风扇的容量增加或者将风扇驱动得更快时，成本和噪声均增大。
发明内容
本发明总体构思提供一种旋风体以及一种包括该旋风体的旋风空气净化器以改善空气净化性能并降低噪声，所述旋风体包括用于解决入口端结构限制的装置，使得流体通过其吸入到所述旋风体中的吸入面积增加，压力损失减小，并且施加给流体的离心力增加。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
通过提供一种旋风体可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述旋风体包括圆筒，流体被吸入所述圆筒中；导向件，从所述圆筒延伸；出口管，设置在所述圆筒的中间，用于引导逆向上升的流体以将其排放；漩涡引导构件，设置在所述圆筒和所述出口管之间，用于形成漩涡通道。
可在所述圆筒的上端形成开口，流体通过所述开口从外部进入。
所述漩涡引导构件可包括至少一个螺旋导向片。
可在所述开口中形成至少一个流体的入口端，所述入口端被所述导向片和所述出口管隔开。
所述导向片的数量可以是2个、3个或者4个。
所述导向片的起始点的高度和所述导向片的终止点的高度相同。
可以形成多个导向片以在所述开口被分成2个、3个或者4个的位置沿着相同的方向旋转。
所述导向片的旋转角度等于或者大于90度。
所述漩涡引导构件形成在所述出口管的外周，以附于所述圆筒的内侧或者从所述圆筒的内侧拆下。
所述漩涡引导构件形成在所述圆筒的内表面上，在所述出口管的外周上形成与所述漩涡引导构件对应的结合凹槽，使得所述出口管附于所述圆筒的中间和从所述圆筒的中间拆下。
通过提供一种旋风空气净化器可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述旋风空气净化器包括机身；风扇，安装在所述机身的上侧；旋风体，安装在所述机身中。所述旋风体可包括圆筒，具有形成在其上端的开口；导向件，从所述圆筒延伸；出口管，设置在所述圆筒的中间，用于引导逆向上升的流体以将其排放；漩涡引导构件，设置在所述圆筒和所述出口管之间，用于形成漩涡通道。所述流体可通过所述风扇被从外部吸入所述开口中，从而离心分离所述吸入的流体中的杂质。
所述漩涡引导构件可包括至少一个螺旋导向片。
可在所述开口中形成至少一个流体的入口端，所述入口端被所述导向片和所述出口管隔开。
所述导向片的数量可以是2个、3个或者4个。
所述导向片的起始点的高度和所述导向片的终止点的高度可以相同。
可以形成导向片，使其在所述开口被分成2个、3个或者4个的位置沿着相同的方向旋转。
所述导向片的旋转角度等于或者大于90度。
在所述开口的上方设有所述出口端，用于排放来自所述出口管的空气。
所述旋风空气净化器还可包括第一分隔件，安装在所述圆筒的上端，并具有与所述开口连通的连通孔；第二分隔件，安装在所述出口管的上端，并具有紧密接触孔以与所述出口管紧密地接触；吸入格栅，安装在所述第一分隔件和第二分隔件之间；吸入空间，由所述第一分隔件、第二分隔件和吸入格栅限定。
通过提供一种旋风体也可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述旋风体包括圆筒，具有圆筒体和形成其端部的开口，用于沿着第一方向容纳流体；出口管，设置在所述圆筒体中，用于沿着与所述第一方向相反的第二方向排放流体；引导构件，设置在所述圆筒体和所述出口管之间，用于沿着与所述第一方向和第二方向呈一定角度的第三方向引导所接受的流体。
通过提供一种操作旋风体的方向也可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述方法包括以下步骤沿着第一方向接受通过在中空圆筒的圆筒体的端部中形成的开口的流体；通过设置在所述圆筒的圆筒体中的出口管沿着与所述第一方向相反的第二方向引导流体；利用设置在所述圆筒体和所述出口管之间的引导构件沿着与所述第一方向和第二方向呈一定角度的第三方向引导来自所述开口的流体。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中图1示出传统的旋风空气净化器；图2示出传统的旋风体；图3是示出根据本发明总体构思实施例的旋风空气净化器的分解透视图；图4是示出图3的旋风空气净化器的主要部分的分解透视图；图5示出根据本发明总体构思实施例的旋风体的内部结构；图6和图7示出根据本发明总体构思实施例的旋风体的装配过程的视图；图8、图9、图10和图11是示出根据本发明总体构思实施例的旋风体的实验示例的视图；图12是示出图8、图9、图10和图11的旋风体的实验示例的实验结果的曲线图。
具体实施例方式
现在将对本发明总体构思的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同元件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明总体构思。
图3是示出根据本发明总体构思实施例的旋风空气净化器的分解透视图，图4是示出图3的旋风空气净化器的主要部分的分解透视图，图5示出了根据本发明总体构思实施例的旋风体，图6和图7是示出根据本发明总体构思实施例的装配旋风体的过程的视图。
参照图5，旋风体包括圆筒210，流体被从外部吸入以产生涡流；导向件220，设置在圆筒210的下侧以增加施加于旋转的流体的离心力；出口管230引导空气在旋风体的中间旋转并上升以将其排放。旋风体还包括设置在圆筒210的内表面和出口管230的外圆周之间的作为一个或者多个漩涡引导构件的一个或者多个导向片240，所述一个或者多个导向片240用于引导吸入到圆筒210中的流体，使其沿着圆筒210内表面的切向按照预定角度旋转，从而增大施加于流体的离心力。流体可以是含有颗粒的空气。
不同于导向片240的导向管或者导向肋可用作漩涡引导构件。然而，在本实施例中，鉴于流体的压力损失，将导向片用作漩涡引导构件。
圆筒210的上端敞开以形成开口211，流体通过所述开口211从外部吸入。导向片240按照预定角度呈螺旋形形成以在开口211中形成入口端241。入口端241的数量与导向片240的数量相同。在图5示出的旋风体中，导向片240的数量是两个。然而，所述数量可以改变。在图5中示出的实线箭头和虚线箭头表示流体通过相应的导向片240进入在开口211中形成的各个入口端241。
出口管230延伸，使得出口端231位于高于圆筒的开口211的位置，在旋风体中离心分离的空气上升并通过所述出口端231排放。这样做的目的是为了防止含有杂质的流体与分离了杂质的空气混合。排放孔221形成在导向件220的下端，使得从旋转的流体中分离出的比重相对较大的颗粒通过排放孔221排放。
参照图5和图6，导向片240形成在出口管230的外圆周上，作为单一单元，以通过开口211附于圆筒210上或者从圆筒210拆下。基于这种结构，由于导向片240的数量和相对于导向片240沿着其行进的长度的旋转角度可以变化，所以能够自由地控制流体吸入的角度和流体旋转的角度。此外，导向片240的附着可通过各种方法实现。例如，可通过利用导向片240的端部和圆筒210的内表面之间的摩擦将导向片240紧紧地安装在圆筒210中，或者导向片240可与圆筒210结合，使得导向片240的下端锁定在导向件220的上端上。另外，与导向片240的端部对应的凹槽(未示出)形成在圆筒210的内表面上，使得导向片240旋转并与凹槽紧固，结果使导向片240与圆筒210结合。
参照图3和图7，导向片240与圆筒210结合，使得导向片240形成在圆筒210的内表面上，出口管230插入中间。在这种情况下，可利用摩擦力将出口管230插入导向片240的内端，如图7所示，与导向片240的内端对应的结合凹槽232可形成在出口管230的外圆周上，使得结合凹槽232旋转并紧固到导向片240的内端上。
将参照图8至图11详细描述旋风体的操作。流体沿着由实线箭头和虚线箭头指示的方向由出口管230和导向片240进入在圆筒210的上端的开口211中形成的入口端241，并沿着由导向片240在圆筒210中形成的漩涡通道250流动，从而流体自然地具有离心力。沿着漩涡通道250流动的流体在导向件220中形成高速涡流。
如图8至图11所示，许多导向片240可以是两个或者四个。图8、图10和图11示出了具有两个导向片和入口端的旋风体的示例。图9示出了具有四个导向片和四个入口端的旋风体的示例。可形成多个导向片240，使得导向片240的起始点的高度和导向片240的终止点的高度都相同。当导向片240的数量是2时，导向片240可形成为在开口211分成2个的位置沿着相同的方向旋转。当导向片240的数量是3或者4时，导向片240可形成为在开口211分成3或者4个的位置沿着相同的方向旋转。
在根据本发明总体构思实施例的旋风体中，与在传统的旋风体中不同，由于流体不进入侧部，而是直接进入在圆筒的上端形成的开口中，而没有压力损失，如图8至图11所示，形成2个或者4个导向片240，从而形成2个或者4个入口端241，从而增加吸入面积。此外，可形成3个导向片240，从而形成3个入口端(未示出)。
将参照图3和图4描述采用上述旋风体的旋风空气净化器。
如图3所示，根据本发明总体构思的旋风空气净化器包括至少一个旋风体200，设置在机身100中，用于形成外观；吸入空间300，形成在机身100的上端中，即，形成在旋风体200的圆筒210的上端中，所述吸入空间300与圆筒210连通。
如图4所示，吸入空间300由下方的第一分隔件310、上方的第二分隔件410以及安装在第一分隔件310和第二分隔件410之间的吸入格栅320限定。
具有与在旋风体200的圆筒210的上端中形成的开口211的直径基本相同直径的连通孔311形成在第一分隔件310中，从而在吸入空间300中的流体通过连通孔311进入开口211的入口端241中。
第二分隔件410由第一分隔件310上的支撑构件330支撑，第二分隔件410在第一分隔件310上方与其保持预定距离。如图3所示，吸入空间300形成在第二分隔件410之下，排放空间400形成在第二分隔件410的上方。也就是说，第二分隔件410的上空间由排放导向圆筒110覆盖，以形成排放空间400，从旋风体200排放的空气被收集在所述排放空间400中。
第二分隔件410形成有紧密接触孔411以与出口管230的上端紧密地接触，从而排放空间400与吸入空间300连通。这就防止了在吸入空间300中的流体与排放空间400中的空气混合。
如图3所示，灰尘收集容器120设置在机身100的下侧，从而收集从旋风体200分离并排放的杂质，用于进一步过滤排放的空气的过滤器520、风扇500和风扇电机510设置在排放空间400的上侧。旋风体200可与参照图5至图7示出的旋风体类似。
以下，将描述图3和图4中示出的根据本发明总体构思的旋风空气净化器的操作。
由于风扇500由风扇电机510旋转以从其下侧吸入空气，并沿着径向排放空气，所以在与周围空气连通的吸入空间300中形成低压，从而通过吸入格栅320从外部吸入流体。
吸入到吸入空间300中的流体通过在第一分隔件310中形成的连通孔311进入在旋风体200的开口211中形成的入口端241中，吸入的流体沿着导向片240流动，通过应用离心力产生下降涡流。此时，在导向件220中的下降涡流的旋转速率增加，从而离心力增加，通过在导向件220下端的排放孔221将杂质收集在灰尘收集容器120中。分离了杂质的空气在旋风体200的中间产生上升涡流的同时上升，所述空气沿着出口管230通过出口端231排放，并被收集在排放空间400中，然后，沿着排放导向圆筒110被过滤器520再次过滤，并通过风扇500最终被排放到外部。
将描述根据本发明总体构思的旋风体和/或旋风空气净化器的操作和效果。
在图1中示出的传统的旋风空气净化器中，由于仅在机身上侧的一部分中形成流体的入口端，并且所述入口端较窄，所以在吸入流体的同时产生大量摩擦阻力，使得流体由于压力损失而不能以足够的速率流动。这就构成了在吸入流体方面效率较低的结构损失。然而，在根据本发明总体构思的旋风空气净化器中，由于在机身的上侧和圆筒的上侧形成的空间可被用作吸入空间，并且多个入口端形成在旋风体的圆筒的上端的开口中，以解决仅沿着一个方向引入流体的传统的旋风空气净化器的结构损失，所以更有效地吸入流体，并增大了吸入面积。此外，由于通过旋风体的上端直接将流体从吸入空间吸入到圆筒中，所以可以显著地减小压力损失。
此外，由于导向片形成涡流通道，使得流体均匀地流动，并且通过离心力自然地产生涡流，所以即使风扇驱动条件相同，也可达到更高的流量。
将参照图8至图11中示出的实验示例和图12中示出的实验结果的曲线图详细描述本发明总体构思的效果。
图8至图11示出了形成有各种导向片240的从上方和前侧观看的旋风体。在图8至图11中示出的实线箭头和虚线箭头表示流体通过入口端241传入，并沿着在导向片240中形成的漩涡通道250流动。
图12的曲线图示出了在相同的条件下在传统的旋风空气净化器和在图8至图11中示出的根据本发明总体构思的优选实施例的旋风空气净化器中的流体的流量和压力损失之间的关系。换言之，垂直轴表示压力损失，单位为mmAq(1个大气压(atm)＝10332mmAq)，水平轴表示旋风空气净化器的流量，单位为CMM(m3/min或者每分钟立方米)。
在图12中示出的曲线图中，P表示传统的旋风空气净化器的实验结果，A，B，C和D表示分别采用图8、图9、图10和图11中示出的旋风体的旋风空气净化器的实验结果。
图8示出了2个导向片240沿着竖直方向按照100mm的长度进行360度旋转的旋风体(即，在实验结果由图12的A表示的旋风空气净化器中采用的旋风体)。图9示出了4个导向片240沿着竖直方向按照25mm的长度进行90度旋转的旋风体(即，在实验结果由图12的B表示的旋风空气净化器中采用的旋风体)。图10示出了2个导向片240沿着竖直方向按照50mm的长度进行360度旋转的旋风体(即，在实验结果由图12的C表示的旋风空气净化器中采用的旋风体)。图11示出了2个导向片240沿着竖直方向按照100mm的长度进行270度旋转的旋风体(即，在实验结果由图12的D表示的旋风空气净化器中采用的旋风体)。
如图12的曲线图所示，示出实验结果由A至D表示的旋风空气净化器的压力损失和流量之间的关系的曲线向右侧倾斜，其与实验结果由P表示的旋风空气净化器的压力损失和流量之间的关系的曲线相比，坡度稍缓，这表示根据本发明总体构思实施例的旋风空气净化器的性能优于传统的旋风空气净化器的性能。
在实验结果由A至D表示的旋风空气净化器中，实验结果由D表示的旋风空气净化器具有最好的性能，而实验结果由C表示的旋风空气净化器的性能最差。
旋风空气净化器的性能根据导向片的数量、导向片形成的长度和导向片的旋转角度而变化。导向片的数量最好是2至4个。这是因为当仅形成1个导向片时，流体流动的漩涡通道的性能较差，当形成多于4个导向片时，压力损失增加。
从图12中示出的实验结果的曲线图可以理解，根据本发明总体构思实施例的旋风体的导向片的旋转角度等于或者大于90度，从而根据本发明总体构思的旋风空气净化器具有优于安装有传统的旋风体的旋风空气净化器的性能。
导向片的旋转角度可以是大约180度至360度。这是因为当导向片的旋转角度大于360度时，压力损失增加，当导向片的旋转角度小于180度时，流体流动的漩涡通道的性能变差。当形成4个导向片以按照90度旋转时，曲线B在一定程度上显示出了流体流动的漩涡通道的性能。然而，当形成2个导向片以按照90度旋转时，所述性能在一定程度上变差。因此，当形成2至4个导向片时，导向片可形成为按照大约180度至360度旋转，以提供更加有效的压力损失和更好的空气净化效果。
在具有上述方面的根据本发明总体构思的旋风体和旋风空气净化器中，当流体被吸入并且流体的吸入面积增大时，压力损失降低。引导流体在旋风体中沿着一致的方向流动，从而离心力增加。因此，提高了旋风体和旋风空气净化器的性能，并降低了风扇噪声。
虽然已经表示和描述了根据本发明总体构思的一些实施例，但本领域技术人员应该明白，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明总体构思的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行变化。
权利要求
1.一种旋风体，包括圆筒，流体被吸入所述圆筒中；导向件，从所述圆筒延伸；出口管，设置在所述圆筒的中间，用于引导逆向上升的流体以将其排放；漩涡引导构件，设置在所述圆筒和所述出口管之间，用于形成一个或者多个漩涡通道。
2.如权利要求1所述的旋风体，其中，所述旋风体包括开口，所述流体通过所述开口从外部进入，所述开口形成在所述旋风体的上端。
3.如权利要求1所述的旋风体，其中，所述漩涡引导构件包括至少一个螺旋导向片。
4.如权利要求3所述的旋风体，其中，所述圆筒包括至少一个入口端，以通过所述至少一个导向片将所述流体隔开，并且所述出口管形成在所述开口中。
5.如权利要求3所述的旋风体，其中，所述至少一个导向片包括2个或者更多导向片。
6.如权利要求5所述的旋风体，其中，所述导向片的起始点的高度和所述导向片的终止点的高度都相同。
7.如权利要求5所述的旋风体，其中，所述圆筒包括用于容纳所述吸入的流体的开口，形成所述导向片以在所述开口被分成2个或者更多的位置沿着相同的方向旋转。
8.如权利要求3所述的旋风体，其中，所述至少一个导向片的旋转角度等于或者大于90度。
9.如权利要求1所述的旋风体，其中，所述漩涡引导构件形成在所述出口管的外周，以附于所述圆筒的内侧或者从所述圆筒的内侧拆下。
10.如权利要求1所述的旋风体，其中，所述漩涡引导构件形成在所述圆筒的内表面上，所述出口管包括与所述漩涡引导构件对应的结合凹槽，并且所述结合凹槽形成在所述出口管的外周，使得所述出口管利用所述结合槽附于所述圆筒的中间和从所述圆筒的中间拆下。
11.一种旋风空气净化器，包括机身；风扇，安装在所述机身的上侧；旋风体，安装在所述机身中，包括圆筒，具有形成在其上端的开口；导向件，从所述圆筒延伸；出口管，设置在所述圆筒的中间，用于引导逆向上升的流体以将其排放；漩涡引导构件，设置在所述圆筒和所述出口管之间，用于形成漩涡通道；其中，所述流体通过所述风扇被从外部吸入所述开口中，从而离心分离所述吸入的流体中的杂质。
12.如权利要求11所述的旋风空气净化器，其中，所述漩涡引导构件包括至少一个螺旋导向片。
13.如权利要求12所述的旋风空气净化器，其中，所述圆筒包括至少一个形成在所述开口中的入口端，以通过所述导向片和所述出口管将所述流体隔开。
14.如权利要求12所述的旋风空气净化器，其中，所述至少一个螺旋导向片包括2个或者更多导向片。
15.如权利要求14所述的旋风空气净化器，其中，所述导向片的起始点的高度和所述导向片的终止点的高度都相同。
16.如权利要求14所述的旋风空气净化器，其中，形成所述导向片以在所述开口被分成2个或者更多个的位置沿着相同的方向旋转。
17.如权利要求12所述的旋风空气净化器，其中，所述导向片的旋转角度等于或者大于90度。
18.如权利要求11所述的旋风空气净化器，其中，所述圆筒包括出口端，所述出口端位于所述开口的上方，用于排放来自所述出口管的空气。
19.如权利要求18所述的旋风空气净化器，还包括第一分隔件，安装在所述圆筒的上端，并具有与所述开口连通的连通孔；第二分隔件，安装在所述出口管的上端，并具有紧密接触孔以与所述出口管紧密地接触；吸入格栅，安装在所述第一分隔件和第二分隔件之间；吸入空间，由所述第一分隔件、第二分隔件和吸入格栅限定。
全文摘要
本发明公开一种旋风体以及一种包括该旋风体的旋风空气净化器，所述旋风体具有入口端结构，使得流体通过其吸入到所述旋风体中的吸入面积增加，压力损失减小，并且施加给流体的离心力增加，从而改善空气净化性能并降低噪声。所述旋风体包括圆筒，流体被吸入所述圆筒中；导向件，从所述圆筒延伸；出口管，设置在所述圆筒的中间，用于引导逆向上升的流体以将其排放；漩涡引导构件，设置在所述圆筒和所述出口管之间，用于形成漩涡通道。
文档编号B04C5/08GK101053858SQ20071000157
公开日2007年10月17日 申请日期2007年1月8日 优先权日2006年4月10日
发明者韩在五, 李在权, 牟珍勇 申请人:三星电子株式会社