TW201909817A - 真空清潔器的汙物分離器（二） - Google Patents

Abstract

一種真空清潔器的汙物分離器，該汙物分離器包含：腔室，具有含有汙物之流體經過其進入該腔室之入口及清潔過的流體經過其離開該腔室之出口；及盤件，位於該出口，該盤件被配置成圍繞旋轉軸線旋轉，且包含該清潔過的流體所通過之數個孔洞。該等孔洞係分佈在該盤件的至少第一和第二區域之上，該第二區域係在該第一區域的徑向外側。該第二區域之孔隙率係高於該第一區域的孔隙率。

Description

真空清潔器的汙物分離器(二)

本發明有關真空清潔器的汙物分離器。

真空清潔器的汙物分離器可包含多小孔(porous)袋子或旋風分離器。然而，兩種型式之分離器都具有其缺點。譬如，袋子的孔隙在使用期間迅速地以汙物堵塞，而藉由旋風分離器所消耗之壓力可為很高。

本發明的第一態樣提供一種真空清潔器的汙物分離器，該汙物分離器包含：腔室，具有含有汙物之流體經過其進入該腔室之入口及清潔過的流體經過其離開該腔室之出口；及盤件，位於該出口，該盤件被配置成圍繞旋轉軸線旋轉，且包含該清潔過的流體所通過之數個孔洞，其中：該等孔洞分佈在該盤件的至少第一和第二區域之上，該第二區域係在該第一區域的徑向外側；及該第二區域之孔隙率係高於該第一區域的孔隙率。

進入該腔室之含有汙物的流體接觸該旋轉盤件，其向該流體 施加切向力。當該含有汙物的流體徑向地往外移動時，藉由該盤件所賦予之切向力增加。然後將該流體抽吸經過該盤件中的數個孔洞，同時該汙物由於其較大的慣性而持續往外移動並收集在該腔室之底部。

本發明的汙物分離器具有優於傳統分離器、諸如多小孔袋子或旋風分離器的優點。譬如，袋子之孔隙在使用期間很快就會被汙物堵塞。這樣就減少了在該清潔器頭部達成的吸力。利用本發明之汙物分離器，該盤件的旋轉有助於確保該盤件中之孔洞大致上保持清除汙物。其結果是，在使用期間未觀察到吸力中的顯著減少。真空清潔器之旋風分離器典型包含兩個或更多個分離階段。該第一階段通常包含用於去除粗汙物的單個較大之旋風腔室，且該第二階段包含用於去除細小汙物的多個較小之旋風腔室。其結果是，該旋風分離器的整體尺寸可為很大。該旋風分離器之另一個困難是它典型需要高流體速率，以便達成高分離效率。另外，當流體從該入口行進到該出口時，流過該旋風分離器的流體通常沿著相當長之路徑行進。其結果是，與該旋風分離器相關聯之壓降可為很高的。利用本發明之汙物分離器，能以更小巧的方式達成相當高之分離效率。尤其是，該汙物分離器可包含具有單個腔室的單一階段。再者，分離主要是由於藉由該旋轉盤件所賦予之汙物的角動量發生。其結果是，可在相當低之流體速率下達成相當高的分離效率。另外，流體從該腔室的入口移動到出口之路徑係相當短的。其結果是，越過該汙物分離器之壓降可為小於越過具有相同分離效率的旋風分離器之壓降。

該第二區域的孔隙率越高，可增加在該區域中通過該盤件之流體的比例(反之如果越過兩個區域的孔隙率係恆定，則更多之空氣將通過更靠近該旋轉軸線的數個孔洞)。這依序能提供若干優點。例如，它可將經過該盤件之清潔過的流體之流動更均勻地擴散越過該盤件的直徑，從而減 少由該盤件中流出之流動中的亂流。作為另一個範例，既然該孔洞之切向速率隨著它們與該旋轉軸線的徑向距離而增加，則該第二區域之孔洞可提供更有效的汙物分離。因此，通過該第二區域之更多空氣可導致整體分離性能中的提高。

為避免疑義，該盤件之區域的孔隙率可被定義為該盤件之部分的開口面積(亦即，流體可流過之面積)，作為該區域的總面積之百分比。

該第一區域可延伸超過設置有該等孔洞的盤件之徑向範圍的至少5%、例如至少10%或至少20%。反之亦然，該第二區域可延伸超過設置有該等孔洞的盤件之徑向範圍的至少5%、例如至少10%或至少20%。

可選地：該等孔洞分佈在第三區域以及該第一和第二區域上，該第三區域係在該第二區域之徑向外側；及該第三區域的孔隙率係高於該第二區域之孔隙率。

具有至少三個孔洞區域的盤件，孔隙率隨著與該旋轉軸線之徑向距離的增加而增加，可提供更平滑之孔隙率增加。減少孔隙率中的突然變化之存在可減少經過該盤件的流動中之亂流。

該第三區域可延伸超過設置有該等孔洞的盤件之徑向範圍的至少5%、例如至少10%或至少20%。

該盤件之孔隙率可大體上在設置有越過該等孔洞的盤件之整個徑向範圍內連續地增加。

這可提供甚至更平滑的孔隙率中之增加，又進一步減少亂流。

該第二區域的孔隙率可為比該第一區域之孔隙率大至少10%。例如，該第二區域的孔隙率可為比該第一區域之孔隙率大至少20%、 至少30%或至少40%。

較佳地係，該第二區域的孔隙率係比該第一區域的孔隙率大至少50%、例如大至少60%或大至少70%。

該第一和第二區域之間的孔隙率中的較大差異可放大該上述優點。

當垂直於該盤件觀看時，每個孔洞可為細長的且界定在該盤件之平面內延伸的縱向軸線。

如果孔洞具有一個尺寸(其“長度”)大於在與該尺寸成90度處測量之尺寸(其“寬度”)，則可以認為孔洞是細長的(當垂直於該盤件觀察時)。據此，細長形狀之範例包括卵形、橢圓形、矩形(除了正方形)、以及更複雜的形狀、諸如具有直邊和半圓形末端之“跑道”形狀。

每一孔洞可大體上在設置有該等孔洞的盤件之整個徑向範圍延伸。

與多個孔一起跨越該盤件的總徑向範圍之配置相比，這可改善該盤件的製造容易性，而在該盤件之總徑向範圍上提供該等孔洞。

每個孔洞的縱向軸線可相對該盤件之徑向方向傾斜。

這可允許該盤件的性能根據該分離器之整體要求而定制。例如，如果該等孔洞係傾斜的，使得它們之徑向內端係在其徑向外端向前(在該盤件的旋轉方向中)，則該盤件可用作離心式葉輪(或更大程度地這樣做)，其往外流動有助於提供空氣密封，以防止含有汙物之空氣從該盤件周圍和後面逸出。作為另一個例子，如果該等孔洞係傾斜的，使得它們之徑向外端係在其徑向內端的前方，則它們之縱向軸線可更靠近垂直於越過該盤件的流體之流動定位。作為另一個例子，如果孔洞以這種方式傾斜，那麼該盤件可傾向於徑向地朝內驅策空氣(或減小藉由該盤件的旋轉往外驅策 空氣之力量)。這可有利地減小施加到圍繞該盤件周邊的密封裝置之空氣動力學壓力。

每個孔洞的縱向軸線可與該徑向方向界定至少5度之角度、例如至少10度、至少20度或至少30度。

與該等孔洞以較小角度傾斜的配置相比，這可放大一個或多個該等上述優點。

每個孔洞之縱向軸線可為彎曲的。

這允許每個孔洞之傾斜度(相對該徑向方向)在該孔洞的徑向範圍內變動，藉此允許該含有汙物的流體和該盤件之間的相互作用在不同之徑向點處變動。例如，每個孔洞的縱向軸線可在該盤件之旋轉方向中凸出。這可允許該孔洞的縱向軸線定位成更靠近越過該盤件之流體路徑的法線，從而潛在地改善分離性能，如稍後所討論。反之亦然，可使該盤件作為離心式葉輪而更有效地發揮作用。作為另一個例子，每個孔洞的縱向軸線可在該盤件之旋轉方向中凹入。這可使經過該盤件的流動朝每個孔洞之徑向中心集中，藉此減小施加在圍繞該盤件的周邊及/或中心之密封配置上的空氣動力學壓力。

在孔洞之縱向軸線彎曲的情況下，如果藉由該縱向軸線從一個軸向端部到另一個軸向端部所採用之路徑界定相對該盤件的徑向傾斜之向量，則可認為其相對該徑向傾斜。

例如，不超過4倍。

每個孔洞的縱向軸線可具有不大於該盤件之半徑的四倍之曲率半徑、例如不大於該盤件的半徑之三倍或不大於該盤件的半徑之兩倍。例如，每個孔洞的縱向軸線可具有小於該盤件之半徑的曲率半徑。

這種相對緊湊之半徑可放大一個或多個上述優點。

該盤件可被建構成在預定方向中繞著該旋轉軸線旋轉，且每個孔洞的縱向軸線係在該盤件之旋轉方向上中凸出的。

這可允許該孔洞之縱向軸線被定位成更靠近越過該盤件的流體路徑之法線，藉此潛在地改善分離性能，如稍後所討論。反之亦然，它可使該盤件作為離心式葉輪更有效地起作用，其向外的流動可有助於提供空氣密封以防止含有汙物之空氣從該盤件周圍和後面逸出。

可選地：該等孔洞從該盤件的上游面延伸到下游面；及每個孔洞具有錐形部分，該錐形部分從其上游端到下游端變窄。

與每個孔洞具有恆定橫截面積或從上游端到下游端變寬之配置相比，這可使經過該孔洞的空氣流動平滑。反之亦然，其可提供更大的機會，使進入該孔洞之汙物分離而不是一直通過，如後面所更詳細地討論。

每個孔洞的錐形部分可包括削角表面(chamfer surface)，該削角表面被定位在該孔洞與該盤件的上游面之間的交叉處。

該削角表面提供該孔洞之傾斜表面，其可使空氣平滑進入該孔洞，從而減少亂流並如此減少能量浪費。

該削角表面可或不可圍繞該孔洞的圓周延伸。

每個孔洞之錐形部分可包括圓角表面(fillet surface)。

該圓角提供該孔洞的弧形或喇叭形表面，其可有利地減少導入流過該孔洞之流體中的亂流。

該孔洞可在該圓角表面處與該盤件之上游面相交。

在孔洞的錐形部分包含削角表面和圓角表面兩者之情況下，該圓角可被定位於該削角表面和該盤件的上游面之間。作為另一個例 子，該圓角表面可包含一個表面，該削角表面在該表面上被“混合”進入該孔洞的側壁中。

該圓角表面可或不能延伸環繞該孔洞之圓周。

每個孔洞可包括在該錐形部分下游的倒錐形部分，該倒錐形部分從其上游端到下游端加寬。

該倒錐形部分可用作擴散器，減緩經過該孔洞之空氣流(藉由該錐形部分所形成的流動收縮(flow constriction)來加速)。這可使空氣更順暢地離開該盤件之下游面。

該倒錐形部分可界定至少5度的錐角、例如至少10度或至少15度。在一些實施例中，該錐形部分可界定至少20度或至少25度之錐角。

可選地：該盤件被建構成圍繞該旋轉軸線在預定方向中旋轉；每個孔洞在該邊緣的上游面與嘴部相交，該嘴部具有前緣和後緣；及該錐形部分之前方部份係於該前緣處或附近，比該錐形部分的向後部分更陡，該向後部分係在該後緣處或附近。

這可導致氣流、或更大的氣流，其通過該錐形部分之前方部份，且接著撞擊該錐形部分的向後部分，與該氣流之汙物分離係特別有效。

可選地：該等孔洞由該盤件的上游面延伸到下游面；及當沿著該盤件之徑向觀看時，每個孔洞經過該盤件的厚度之路徑界定一中心線，該中心線傾斜使得其不垂直於該盤件。

這可允許該等孔洞(以及如此該整個盤件)在該流體上的作用更好地適合於整個分離器之要求。例如，每個孔洞的中心線可為傾斜，使得該中心線與該盤件之上游面相交，該中心線與該盤件的下游面相交之 點係在該盤件的旋轉方向中向前。這可允許該盤件用作軸向葉輪(或更大程度地這樣做)，藉此減小施加在真空馬達上之負載，該真空馬達被配置成經過該盤件抽吸流體。作為替代方案，它可允許該盤件用作渦輪機，使得流過該等孔洞的流體促使該盤件旋轉，藉此減小被施加於設置成旋轉該盤件之馬達上的負載。

當作另一範例：該盤件可被配置成圍繞該旋轉軸線在預定方向中旋轉；及每個孔洞之中心線可為傾斜的，使得在該盤件之旋轉方向中，該中心線於後面的點處與該盤件的上游面相交，該點在該中心線與該盤件之下游面相交的點處。

這可降低汙物顆粒通過該等孔洞的風險，如後面所更詳細地討論者。

該中心線可與該盤件之平面界定小於85度的角度、例如小於80度或小於75度。

例如，該中心線可與該盤件之平面界定小於70度或小於65度的角度。

該腔室可被建構成使得與該含有汙物之流體分離的汙物收集在該腔室之底部，且在朝該腔室頂部的方向中逐漸填充，該出口位於該腔室頂部處或附近，且該腔室之底部係與該腔室的頂部軸向地隔開。

藉由將該出口定位在該腔室之頂部處或附近，可使該盤件保持遠離收集在該腔室內的分離之汙物。其結果是，當該腔室充滿汙物時，可保持有效的分離。該腔室之底部係與該腔室的頂部軸向地隔開(亦即，在平行於該旋轉軸線之方向中)。這接著具有如下益處：藉由該盤件徑向往外拋出的汙物和流體不太可能干擾在該腔室底部所收集之汙物。另外，該腔 室內的任何漩渦(swirl)係極可能圍繞該腔室移動而不是在該腔室上下移動。其結果是，可減少在該腔室中所收集之汙物的再夾帶，導致改善分離效率。

該等孔洞可形成在該盤件之穿孔區域中，該開口區域具有至少25%的開口面積。其結果是，可為該盤件達成相當大之總開口面積。藉由增加該盤件的總開口面積，流過該等孔洞之流體的軸向速率係極可能降低。其結果是，更少之汙物係極可能藉由該流體所攜帶經過該等孔洞，且如此可觀察到分離效率中的提高。另外，藉由增加該盤件之總開口面積，可觀察到越過該汙物分離器的較小壓降。

該盤件之直徑可為大於該入口的直徑。這接著具有至少二個利益。首先，可為該盤件達成相當大之總開口面積。實際上，該盤件的總開口面積可為大於該入口之總開口面積。如業已指出的，藉由增加該盤件之總開口面積，移動經過該孔洞的流體之軸向速率係極可能降低，與該汙物分離器有關聯的壓降也是如此。其次，藉由此盤件可達成相當高之切向速率。隨著該盤件的切向速率增加，藉由該盤件賦予至該含有汙物之流體的切向力增加。其結果是，更多之汙物係很可能藉由該盤件與該流體分離，且如此可觀察到分離效率中的提高。

該盤件可包含藉由外部區域所圍繞之內部區域，且該內部區域可具有小於該外部區域之開口面積。尤其是，該內部區域可具有小於10%的開口面積，且該外部區域可具有大於20%之開口面積。由於該盤件的切向速率從該盤件之周長減小到該盤件的中心，藉由該盤件賦予該含有汙物之流體的切向力係在內部區域較小。藉由確保該內部區域之開口面積係小於該外部區域的開口面積，可觀察到分離效率中之提高。

該內部區域的直徑可不小於該盤件直徑的三分之一。其結果 是，大多數孔洞被設置在該盤件的一區域，在此該切向速率和如此賦予至該汙物之切向力係相當高的。其結果是，可觀察到分離效率中之提高。另外，具有較小開口面積的相當大內部區域可增加該盤件的剛性。

另外或另一選擇係，該內部區域之直徑可為不小於該入口的直徑。然後，更好地鼓勵進入該腔室之含汙物的流體從軸向轉向徑向。這接著具有以下益處：在該等孔洞上方移動之流體的徑向速率係更高，且如此藉由該流體所攜帶之較少汙物係能夠與該轉彎匹配並且軸向地通過該等孔洞。藉由該流體所攜帶的相當硬的物體可撞擊該盤件並刺穿或以其他方式損壞該等孔洞之間的平台。藉由使該盤件之內部區域與該入口具有至少相同的尺寸並且具有較小之開口面積，降低了損壞該盤件的風險。尤其是，藉由具有較小之開口面積，孔洞之間的平台係更大，且如此減少了汙物刺穿該平台之風險。

這些孔洞可形成在該外部區域中，且該內部區域可為非穿孔的。藉由確保該內部區域係非穿孔的，該等孔洞被設置在該盤件之一區域，在此該切向速率及如此賦予至該汙物的切向力係相當高。其結果是，可觀察到分離效率中之提高。另外，可減少由撞擊該盤件的堅硬物體所引起之損壞。

進入該腔室的含有汙物之流體可被引導到該盤件。也就是說，該含有汙物的流體可沿著與該盤件相交之流動軸線經由該入口進入該腔室。在真空清潔器的汙物分離器內提供旋轉盤件係已知的。然而，存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括旋風腔室以將該汙物與該流體分離。然後該盤件係僅只被使用作輔助過濾器，以在該流體離開該旋風腔室時從該流體除去殘留之汙物。進一步的偏見是必須保護該旋轉盤件免受進入該旋風腔室之大量汙物的影響。其結果是，該含有汙物之流體以避免與該盤 件直接碰撞的方式被導入該旋風腔室。然而，藉由將該含有汙物之流體引導到該盤件，該汙物在與該旋轉盤件接觸時承受相當高的切向力。然後，該流體內之汙物係徑向地往外拋出，同時該流體軸向地通過該盤件中的孔洞。其結果是，可在不需要氣旋流之情況下達成有效的汙物分離。

進入該腔室之含有汙物的流體可被引導在該盤件之中心。也就是說，該流動軸線可與該盤件的中心相交。這具有之優點是：該含有汙物的流體在該盤件表面上之流動可更均勻地分佈。藉由對比，如果該含有汙物的流體被偏心地引導在該盤件，則該流體將很可能不均勻地分佈。然後，經過該孔洞移動之流體的軸向速率可在該盤件負載最沈重之那些區域處增加，導致分離效率中的降低。另外，從該流體分離的汙物可被不均勻地收集在該腔室內，從而損害(compromising)該汙物分離器之容量。汙物的再夾帶也可增加，導致該分離效率中之進一步降低。偏心地引導該含有汙物的流體之另一缺點係該盤件可承受不均勻的結構負載。由此產生之不平衡可導致振動及噪音增加，及/或可縮短被使用於支撐該旋轉盤件的任何軸承之壽命。

可藉由化學蝕刻或雷射加工形成該等孔洞。其結果是，能以及時且具成本效益的方式精確地形成該等指定尺寸之大量孔洞。

該汙物分離器可包含用於驅動該盤件的電動馬達。其結果是，該盤件之速率及如此賦予至該汙物的切向力對流速和流體速率係相對不敏感的。因此，與渦輪機相比，可在相當低之流速下達成相當高的分離效率。

該盤件可為至少1毫米、例如至少1.5毫米或至少2毫米厚。這可造成該盤件有利地堅固及/或可允許該盤件在該盤件磨損之前由於來自汙物的磨損而被使用更長之時間。它還可以允許具有傾斜的中心線及/ 或錐形部分之孔洞的效果對該盤件之性能具有更大的影響。

該盤件可為小於10mm、例如小於8mm、小於6mm或小於4mm厚。與較厚之盤件相比，這可有利地減小該盤件的重量和慣性。

該盤件可為由塑料所製成、諸如尼龍或聚丙烯(polypropylene)。與由金屬所製成之盤件相比，這可有利地減小該盤件的重量和慣性、及/或製造成本或複雜性。

根據本發明之第二態樣，提供有一種真空清潔器，包含根據本發明的第一態樣之汙物分離器。

該真空清潔器可為手持式真空清潔器(例如電池供電的手持式真空清潔器)。儘管在真空清潔器之汙物分離器內提供旋轉盤件係已知的，但存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括旋風腔室以將該汙物與該流體分離。其結果是，該汙物分離器之整體尺寸係相當大且不適合供使用於手持式單元。利用本發明的汙物分離器，能以相當緊湊之方式達成有效分離。其結果是，該汙物分離器係特別適用於手持式單元。

該真空清潔器可為棒式真空清潔器，包含藉由細長管件附接至清潔器頭部的手持式單元，該手持式單元包含該汙物分離器，且該細長管件沿著平行於該旋轉軸線之軸線延伸。

藉由具有平行於該旋轉軸線延伸的細長管件，含有汙物之流體可沿著相當直的路徑從該清潔器頭部載送到該汙物分離器和該旋轉盤件。其結果是，可減少壓力損失。

該細長管件可沿著與該旋轉軸線共線之軸線延伸。

1‧‧‧真空清潔器

2‧‧‧手持式單元

3‧‧‧細長管件

4‧‧‧清潔器頭部

10‧‧‧汙物分離器

11‧‧‧馬達前置過濾器

12‧‧‧真空馬達

13‧‧‧馬達後置過濾器

14‧‧‧通風口

20‧‧‧容器

21‧‧‧入口管道

22‧‧‧盤件總成

23‧‧‧盤件總成

30‧‧‧頂部壁面

31‧‧‧側壁

32‧‧‧底部壁面

33‧‧‧鉸鏈

34‧‧‧鉤接部

36‧‧‧腔室

37‧‧‧入口

38‧‧‧出口

40‧‧‧盤件

41‧‧‧電動馬達

42‧‧‧托架

43‧‧‧輪輻

45‧‧‧非穿孔區域

46‧‧‧穿孔區域

47‧‧‧孔洞

48‧‧‧旋轉式軸線

49‧‧‧流動軸線

50‧‧‧汙物

52a‧‧‧第一區域

52b‧‧‧第二區域

54a‧‧‧陣列

54b‧‧‧陣列

54c‧‧‧陣列

54d‧‧‧陣列

54e‧‧‧陣列

54f‧‧‧陣列

54g‧‧‧陣列

54h‧‧‧陣列

54i‧‧‧陣列

54j‧‧‧陣列

56‧‧‧縱向軸線

58‧‧‧徑向方向

60‧‧‧角度

62‧‧‧向量

64‧‧‧路徑線

66‧‧‧上游面

68‧‧‧下游面

70‧‧‧中心線

72‧‧‧角度

74‧‧‧嘴部

75‧‧‧路徑線

76‧‧‧錐形部分

78‧‧‧錐角

80‧‧‧倒錐形部分

82‧‧‧錐角

84‧‧‧圓角表面

86‧‧‧前部

88‧‧‧前緣

90‧‧‧後部

92‧‧‧後緣

94‧‧‧錐角

96‧‧‧錐角

101‧‧‧汙物分離器

102‧‧‧汙物分離器

103‧‧‧汙物分離器

為了更容易理解本發明，現在將參考該等附圖通過範例敘述本發明的實施例，其中：圖1係真空清潔器的立體圖；圖2係經過該真空清潔器之一部份的剖視圖；圖3係經過該真空清潔器之汙物分離器的剖視圖；圖4係該汙物分離器之盤件的平面圖；圖5說明經過該汙物分離器之含有汙物的流體之流動；圖6說明該汙物分離器的排空；圖7係當用於地板上方清潔時經過該真空清潔器之一部分的剖視圖；圖8說明藉由該盤件在入口管道之圓周處對含有汙物的流體所施加之切向力，該入口管道係(a)引導在該盤件的中心及(b)被偏心地引導；圖9係第一替代汙物分離器之剖視圖；圖10係經過具有第二替代汙物分離器的真空清潔器之一部份的剖視圖；圖11係經過第三替代汙物分離器之剖視圖；圖12係經過具有該第三替代汙物分離器的真空清潔器之一部份的剖視圖；圖13說明該第三替代汙物分離器之排空；圖14係經過第四替代汙物分離器的剖視圖；圖15說明用於形成任何一個汙物分離器之一部分的盤件之替代的孔洞形狀和尺寸；圖16顯示另一種用於其中一個汙物分離器之替代盤件； 圖17係用於其中一個汙物分離器的另一種盤件設計之示意圖；圖18顯示另一種盤件設計；圖19顯示另一個盤件設計的一部分，從該徑向方向之橫截面觀看；圖20顯示沿著該徑向方向的橫截面觀看之另一盤件設計的一部分；圖21顯示在該徑向方向中之橫截面中觀看的又一盤件設計之一部分；圖22顯示另一個盤件設計的一部分，並從該徑向方向之橫截面觀看；和圖23說明另一選擇的盤件總成，其可形成該等汙物分離器之任何一個的一部分。

圖1的真空清潔器1包含藉著細長管件3附接至清潔器頭部4之手持式單元2。該細長管件3係可由該手持式單元2分開，使得該手持式單元2可被用作獨立的真空清潔器。

現在參考圖2至7，該手持式單元2包含汙物分離器10、馬達前置過濾器11、真空馬達12、及馬達後置過濾器13。該馬達前置過濾器11係位於該汙物分離器10下游但在該真空馬達12上游，且該馬達後置過濾器13係位於該真空馬達12下游。在使用期間，該真空馬達12造成經過該清潔器頭部4之底側中的吸入開口吸入含有汙物之流體。由該清潔器頭部4，該含有汙物的流體係沿著該細長管件3吸入並進入該汙物分離器10。汙物接著 係與流體分離並被保留在該汙物分離器10內。該已清潔之流體離開該汙物分離器10並經過該馬達前置過濾器11抽出，其在通過該真空馬達12之前由該流體除去殘留的汙物。最後，藉由該真空馬達12所排出之流體通過馬達後置過濾器13，並經由該手持式單元2中的通風口14從該真空清潔器1排出。

該汙物分離器包含容器20、入口管道21、和盤件總成22。

該容器20包含頂部壁面30、側壁31和底部壁面32，它們共同地界定腔室36。該頂部壁面之中心的開口界定該腔室36之出口38。該底部壁面32藉著鉸鏈33被附接至該側壁31。附接至該底部壁面32的鉤接部34與該側壁31中之凹槽嚙合，以將該底部壁面32固持在關閉位置中。然後釋放該鉤接部34造成該底部壁面32擺動到打開位置，如圖6中所說明。

該入口管道21向上延伸經過該容器20的底部壁面32。該入口管道21居中地延伸在該腔室36內，並終止於該盤件總成22之一小段距離處。該入口管道21的一端部界定該腔室36之入口37。當該手持單元2被用作獨立的清潔器時，該入口管道21之相反端部係可附接至該細長管件3或輔助工具。

該盤件總成22包含耦接至電動馬達41的盤件40。該電動馬達41係位在該腔室36之外側，且該盤件40係位於該腔室36的出口38並蓋住該出口38。當通電時，該電動馬達41造成該盤件40繞著旋轉軸線48旋轉。該盤件40係由金屬所形成，並包含藉由穿孔區域46所圍繞之中心非穿孔區域45。該盤件40的周邊覆蓋在該容器20之頂部壁面30上。當該盤件40旋轉時，該盤件40的周邊接觸該頂部壁面30並與該頂部壁面30形成密封。為了減小該盤件40及該頂部壁面30之間的摩擦，可環繞該頂部壁面30提供低摩擦材料(例如PTFE)之環件。

於使用期間，該真空馬達12造成含有汙物的流體將經由該入 口37被吸入該腔室36。該入口管道21沿著與該盤件40之旋轉軸線48重合的軸線而在該腔室36內居中地延伸。其結果是，該含有汙物之流體於軸向中(亦即，在平行於該旋轉軸線48的方向)中進入該腔室36。再者，該含有汙物之流體被引導到該盤件40的中心。該盤件40之中心非穿孔區域造成該含有汙物的流體轉動並徑向地往外移動(亦即，在正交於該旋轉軸線線之方向中)。該旋轉盤件40向該含有汙物的流體施加切向力，造成該流體至渦漩。當該含有汙物之流體徑向地往外移動時，藉由該盤件40所施加的切向力增加。在抵達該盤件40之穿孔區域46時，該流體被軸向地抽吸經過該盤件40中的孔洞47。這需要在該流體方向中之進一步轉動。較大和較重的汙物之慣性太大，以致不允許該汙物跟隨該流體。其結果是，並非抽吸經過該等孔洞47，該汙物持續徑向地往外移動且最終收集在該腔室36的底部。較小和較輕之汙物可跟隨該流體該盤件40。大部分此汙物接著隨後藉由該馬達前及馬達後置過濾器11、13所移除。為了清空該汙物分離器10，該鉤接部34被釋放且該容器20的底部壁面32擺動打開。如圖6所顯示，該容器20和該入口管道21被建構成，使得該入口管道21不會防止或以別的方式阻礙該底部壁面32之移動。

除了清潔地板表面以外，該真空清潔器1可被使用來清潔地板上方的表面、諸如架子、窗簾或天花板。當清潔這些表面時，該手持式單元2可如圖7中所示地倒置。被收集在該腔室36中之汙物50可接著朝該盤件40下落。落在該盤件40上的任何汙物很可能被吸入穿過該穿孔區域46中之一些孔洞47或阻擋該穿孔區域46中的一些孔洞47。其結果是，該盤件40之可用的開放面積將減少，且可軸向地移動經過該盤件40之流體的速率將增加。更多汙物係接著極可能藉由該流體載送經過該盤件40，且如此該汙物分離器10之分離效率係極可能降低。該容器20的頂部壁面30不是平坦 的，而是呈階梯狀的。其結果是，該腔室36包含位於該側壁31和該頂部壁面30中的階梯狀部分之間的溝槽。此溝槽圍繞該盤件40及作用來收集掉落在該腔室36之汙物50。其結果是，當該手持式單元2被倒置時，較少的汙物係極可能掉落在該盤件40上。

該汙物分離器10具有數個勝過採用多小孔袋子之傳統分離器的優點。袋子之細孔在使用期間會迅速堵塞汙物。然後，這樣就減少了在該清潔頭處的吸力。另外，通常必須在裝滿時更換袋子，且其並非總是易於決定該袋子何時裝滿。利用在此中所敘述之汙物分離器，該盤件40的旋轉確保該穿孔區域46中之孔洞47大致上保持沒有汙物。其結果是，在使用期間未觀察到抽吸中的顯著減少。另外，該汙物分離器10可藉由打開該容器20之底部壁面32來排空，如此避免需要更換袋子。再者，藉由採用該容器20的側壁31用之透明材料，使用者係能夠當該汙物分離器10充滿且需要排空時相當容易地決定。多小孔袋子的前述缺點係眾所周知，且藉由採用旋風分離之分離器同樣很好地解決這些缺點。然而，在此中所敘述的汙物分離器10還具有勝過旋風分離器之優點。

為了實現相當高的分離效率，真空清潔器之旋風分離器典型包含兩個或更多個分離階段。該第一階段通常包含用於去除粗汙物的單個相當大之旋風腔室，且該第二階段包含用於去除細小汙物的多個相當小之旋風腔室。其結果是，該旋風分離器的整體尺寸可為相對較大的。該旋風分離器之另一個困難係它需要高流體速率，以便達成高分離效率。再者，當流體從該入口行進到該出口時，流過該旋風分離器的流體通常沿著相當長之路徑行進。該長路徑和高速率導致高空氣動力學損失。其結果是，與該旋風分離器相關聯的壓降可為很高。利用在此中所敘述之汙物分離器，能以更緊湊的方式達成相當高之分離效率。尤其是，該汙物分離器包含具 有單個腔室的單一階段。再者，主要由於藉由該旋轉盤件40賦予至該含有汙物之流體的角動量而發生分離。其結果是，可在相當低之流體速率下達成相當高的分離效率。另外，該流體從該汙物分離器10之入口37移動至該出口38所採取的路徑係相當短。由於該較低之流體速率和較短的路徑，空氣動力學損失係較小。其結果是，對於相同之分離效率，越過該汙物分離器10的壓降小於越過該旋風分離器之壓降。因此，該真空清潔器1係能夠達成與使用功率較小的真空馬達之旋風真空清潔器相同的清潔性能。如果該真空清潔器1藉由電池所供電，這是尤其重要的，因為該真空馬達11之功耗的任何降低都可被使用於增加該真空清潔器1之運行時間。

在真空清潔器的汙物分離器內提供旋轉盤件係已知的。例如，DE19637431和US4382804均敘述了具有旋轉盤件之汙物分離器。然而，存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括旋風腔室，以將該汙物與該流體分離。然後將該盤件僅被用作輔助過濾器，以在流體離開該旋風腔室時從該流體中去除殘留的汙物。進一步的偏見是必須保護該旋轉盤件免受進入該旋風腔室之大量汙物的影響。因此，該含有汙物之流體係以避免與該盤件直接碰撞的方式被導入該旋風腔室。

在此中所敘述之汙物分離器利用了這樣的發現：能以利用旋轉盤件達成汙物分離，而不需要旋風腔室。該汙物分離器進一步利用了這樣的發現，即可藉由將該含有汙物之流體沿直接朝該盤件的方向導入該腔室來達成有效之汙物分離。藉由將該含有汙物的流體引導在該盤件，該汙物在與該旋轉盤件接觸時受到相當高之力量。然後，在該流體內的汙物被徑向地往外拋出，同時該流體軸向地通過該盤件中之孔洞。其結果是，在不需要氣旋流動的情況下達成有效之汙物分離。

該汙物分離器10的分離效率和越過該汙物分離器10之壓降 對該盤件40中的孔洞47之尺寸係敏感的。對於給定之總開口面積，該汙物分離器10的分離效率隨著該孔洞之減少而增加。然而，隨著該孔洞尺寸減小，越過該汙物分離器10的壓降也增加。該分離效率和該壓降也對該盤件40之總開口面積敏感的。尤其是，當該總開口面積增加時，流過該盤件40之流體的軸向速率降低。其結果是，該分離效率增加且該壓降減小。因此，具有大總開口面積係有利的。然而，增加該盤件40之總開口面積並非沒有困難。例如，如業已指出的，增加該孔洞之尺寸以增加該總開口面積實際上可降低分離效率。作為替代方案，可藉由增加該穿孔區域46的尺寸來增加該總開口面積。這可藉由增加該盤件40之尺寸或藉由減小該非穿孔區域45的尺寸來達成。然而，這些選項中之每一個都有其缺點。例如，既然在該盤件40的周邊和該頂部壁面30之間形成接觸密封，因此將需要更多的動力來驅動具有更大直徑之盤件40。另外，較大直徑的旋轉盤件40可在該腔室36內產生更多攪拌。其結果是，業已收集在該腔室36中之汙物的再夾帶可增加，且如此實際上該分離效率可為實際上降低。在另一方面，如果該非穿孔區域45之直徑被減小，則由於下面所詳述的理由，移動經過該盤件40之流體的軸向速率實際上可能增加。增加該盤件40之總開口面積的另一種方式係減小該等孔洞47之間的平台。然而，減小該平台有其自身之困難。例如，該盤件40的剛性係可能降低，且該穿孔區域46係極可能變得更脆弱且如此更容易損壞。另外，減小孔洞之間的平台可能導入製造困難。因此，在該盤件40之設計中需要考慮許多因素。

該盤件40包含藉由穿孔區域46所圍繞的中心非穿孔區域45。中心非穿孔區域45之設置具有若干優點，現在將對其進行敘述。

該盤件40的剛性對於在該盤件40和該容器20的頂部壁面30之間達成有效的接觸密封可能是重要的。具有非穿孔之中心區域45增加該 盤件40的剛性。其結果是，可採用更薄之盤件。這接著具有以下益處：該盤件40能以更及時和具成本效益的方式製造。再者，對於某些製造方法(例如化學蝕刻)，該盤件40之厚度可界定用於該等孔洞47及平台的最小可能尺寸。因此，較薄之盤件具有以下益處：此種方法可被使用於製造具有相當小的孔洞及/或平台尺寸之盤件。再者，可降低該盤件40的成本及/或重量、以及驅動該盤件40所需之機械動力。因此，可使用功率較小且可能更小及更便宜的馬達41來驅動該盤件40。

藉由具有中心之非穿孔區域45，進入該腔室36的含有汙物之流體被迫從軸向轉向徑向。然後，該含有汙物的流體往外移動在該盤件40之表面上方。這接著具有至少兩個益處。首先，當該含有汙物的流體在該穿孔區域46之上移動時，需要該流體轉過相當大的角度(大約90度)，以便通過該盤件40中之孔洞47。其結果是，藉由該流體所攜帶的較少汙物能夠與該轉彎匹配並通過孔洞47。其次，當該含有汙物之流體往外移動在該盤件40的表面之上時，該含有汙物的流體有助於擦洗(scrub)該穿孔區域46。因此，可能已被捕獲在孔洞47處之任何汙物被該流體所清除。

該盤件40的切向速率從該盤件40之周長到中心減小。其結果是，藉由該盤件40賦予至該含有汙物的流體之切向力從該周邊到該中心減小。如果該盤件40的中心區域45係有穿孔的，則更多之汙物係極可能通過該盤件40。藉由具有中心非穿孔區域45，該等孔洞47被設置在該盤件40的區域處，在此該切向速率以及如此賦予至該汙物之切向力係相當高的。

當導入該腔室36之含有汙物的流體從軸向轉向徑向時，相當重之汙物可持續沿軸向行進並撞擊該盤件40。如果該盤件40的中心區域45係穿孔的，則撞擊該盤件40之相當硬的物體可刺穿或以其他方式損壞該等孔洞47之間的平台。藉由具有非穿孔之中心區域45，損壞該盤件40的風險 降低。

該非穿孔區域45之直徑係大於該入口37的直徑。其結果是，藉由該流體所攜帶之堅硬物體係不太可能撞擊該穿孔區域46並損壞該盤件40。另外，在進入該腔室36時，更好地促使該含有汙物的流體從軸向轉向徑向。該入口37和該盤件40之間的分離距離在達成這兩個益處中起重要作用。隨著該入口37和該盤件40之間的分離距離增加，在該盤件40之穿孔區域46處的含有汙物之流體的速率之徑向分量係極可能減少。其結果是，更多的汙物可被載送經過該盤件40中之孔洞47。另外，當該分離距離增加時，藉由該流體所攜帶的硬物體係更可能撞擊該穿孔區域46並損壞該盤件40。因此需要相當小之分離距離。然而，如果該分離距離係太小，則大於該分離距離的汙物將不能在該入口管道21和該盤件40之間通過，且因此將被捕獲。除其他事項外，藉由該流體所攜帶的汙物之尺寸將受到該入口管道21的直徑等所限制。尤其是，該汙物之尺寸係不可能大於該入口管道21的直徑。據此，藉由採用不大於該入口37之直徑的分離距離，可達成該上述益處，同時提供足夠之空間以使汙物在該入口管道21和該盤件40之間通過。

不管所選擇的分離距離如何，該盤件40之非穿孔區域45繼續提供優點。尤其是，該非穿孔區域45確保該盤件40中的孔洞47被設置在藉由該盤件40賦予至該汙物之切向力係相當高的區域。另外，儘管隨著該分離距離增加，該含汙物之流體順著更加發散的路徑，但是相當重之物體在進入該腔室36時仍然極可能沿著相當直的路徑繼續。因此，中心之非穿孔區域45繼續保護該盤件40免受潛在的損壞。

儘管有這些優點，但該非穿孔區域45之直徑不需要大於該入口37的直徑。藉由減小該非穿孔區域45之尺寸，該穿孔區域46的尺寸以及如此可增加該盤件40之總開口面積。其結果是，越過該汙物分離器10的壓 降係極可能降低。另外，可觀察到移動經過該穿孔區域46之含有汙物的流體之軸向速率的降低。然而，隨著該非穿孔區域45之尺寸減小，將來至一個地點，於此進入該腔室36的流體將在遇到該穿孔區域46之前不再被迫從軸向轉向徑向。因此將來至一個地點，在此由於該較大的開口面積導致之軸向速率的降低係通過由於該較小之轉角導致的軸向速率中之增加所抵消。

可以想像地，該盤件40的中心區域45可為有穿孔的。儘管上面所敘述之許多優點將被喪失，但是具有完全穿孔的盤件40仍然是有利的。例如，製造該盤件40可為更簡單及/或更便宜的。尤其是，該盤件40可被從連續穿孔的板片上切割下來。即使該中心區域45被穿孔，該盤件40將持續向進入該腔室36之含有汙物的流體施加切向力，儘管在該盤件40之中心處的力量較小。因此該盤件40將持續從該流體分離汙物，儘管分離效率降低。另外，如果該盤件40之中心區域45係穿孔的，由於藉著該盤件40所賦予之相當低的切向力，汙物可能堵塞在該盤件40之正中心處的孔洞。當在該正中心處之孔洞被堵塞時，該盤件40接著將表現得好像該盤件40的中心係非穿孔式。另一選擇係，該中心區域45可為有穿孔的，但是具有小於該周圍穿孔區域46之開口面積。再者，該中心區域45的開口面積可隨著從該盤件40之中心徑向地往外移動而增加。這接著具有如下益處：該中心區域45的開口面積隨著該盤件40之切向速率增加而增加。

該入口管道21沿著與該盤件40的旋轉軸線48重合之軸線延伸。其結果是，進入該腔室36的含有汙物之流體被引導到該盤件40的中心。這接著具有以下優點：該含有汙物之流體均勻地分佈在該盤件40的表面上方。相反地，如果該入口管道21被偏心地引導在該盤件40，則該流體將不均勻地分佈。為了說明這一點，圖8顯示在入口管道21之圓周處藉由該盤件 賦予至該含有汙物的流體之切向力，該入口管道21係(a)引導在該盤件40的中心及(b)被偏心地引導。其可被看出，當該入口管道21被偏心地引導時，該含有汙物之流體不會均勻地流過該盤件40的表面之上。在圖8(b)中所顯示的範例中，該盤件40之下半部看到非常少的含有汙物之流體。在該盤件40上方的流體之這種不均勻分佈係極可能具有一種或多種不利的影響。例如，經過該盤件40之流體的軸向速率係極可能在最嚴重暴露於該含有汙物之流體的那些區域處增加。其結果是，該汙物分離器10的分離效率係極可能降低。另外，藉由該盤件40所分離之汙物可被不均勻地收集在該容器20內。其結果是，該汙物分離器10的容量可能受到損害。業已收集在該容器20內之汙物50的再夾帶也可能增加，導致該分離效率中之進一步降低。偏心地引導該含有汙物的流體之另一個缺點是該盤件40受到不均勻的結構負載。由此產生之不平衡可能導致與該容器20的頂部壁面30之密封不良，並且可減少被使用於支撐該真空清潔器1內的盤件總成22之任何軸承的壽命。

該入口管道21被附接至該底部壁面32，且可與該底部壁面32一體成形。該入口管道21因此藉由該底部壁面32被支撐在該腔室內。另一選擇係，該入口管道21可被該容器20之側壁31所支撐，例如使用一或多個於該入口管道21及該側壁31之間徑向地延伸的支架。此配置具有該底部壁面32係自由地打開及關閉之優點，而不會移動該入口管道21。其結果是，可採用具有較大汙物容量的較高容器20。然而，這種配置之缺點在於當該底部壁面32係打開時，被使用於支撐該入口管道21的支架係極可能抑制汙物從該腔室36落下，如此使該容器20之排空更加困難。

該入口管道21線性地延伸在該腔室36內。這接著具有該優點：含有汙物的流體沿直線路徑移動經過該入口管道21。然而，這種配置並非沒有困難。該底部壁面32被配置成打開和關閉，並藉著鉸鏈33及鉤接 部34附接至該側壁31。據此，當使用者向該手持式單元2施加力量以便操縱該清潔器頭部4時(例如，用於向前和向後操縱該清潔器頭部4之推力或拉力、用於向左或向右操縱該清潔器頭部4的扭轉力、或用於將該清潔器頭部4抬離地板之提升力)，該力量係經由該鉸鏈33及鉤接部34傳遞到該清潔器頭部4。該鉸鏈33及鉤接部34因此必需被設計，以便能承受所需的力量。作為替代之配置，該底部壁面32可被固定至該側壁31，且該側壁31能可去除地附接至該頂部壁面30。該容器20係接著從該頂部壁面30移除該側壁和底部壁面31、32並倒置來清空。雖然這種配置的優點在於不需要設計能夠承受所需力量之鉸鍊和鉤接部，但是該汙物分離器10係不太便於排空。

替代的汙物分離器101被說明在圖9中。該入口管道21之一部份沿著該容器20的側壁31延伸，且被附接至該側壁或係與該側壁一體成形。該底部壁面32係藉由鉸鏈33及鉤接部(未示出)再次附接至該側壁31。然而，該入口管道21不再延伸經過該底部壁面32。據此，當該底部壁面32移動於該關閉位置及打開位置之間時，該入口管道21的位置係未改變。這接著具有之優點是該容器20便於排空而不需要設計能夠承受所需力量的鉸鍊和鉤接部。然而，如從圖9中顯而易見的，該入口管道21不再是直的。其結果是，由於該入口管道21中之彎曲將導致損失增加，且如此與該汙物分離器10相關聯的壓降係極可能增加。儘管圖9中所示配置之入口管道21不再是直的，但是該入口管道21之端部持續沿著與該盤件40的旋轉軸線48重合之軸線延伸。其結果是，該含有汙物的流體在軸向方向中持續進入該腔室36，該軸向方向被引導在該盤件40之中心。

圖10說明另一個汙物分離器102，其中該入口管道21線性地延伸經過該容器20的側壁31。然後，該底部壁面32係藉著鉸鏈33附接至該側壁31且藉由鉤接部34保持關閉。在圖3和9所說明之配置中，該汙物分離 器10、101的腔室36之形狀本質上係圓柱形，使該腔室36的縱向軸線與該盤件之旋轉軸線48重合。然後，該盤件40係接著定位朝該腔室36的頂部，且該入口管道21從該腔室36之底部向上延伸。對頂部和底部的參考應理解為意味著從該流體分離之汙物優先收集在該腔室36的底部，且在朝該腔室36之頂部的方向中逐漸填充。具有圖10中所顯示之配置，該腔室36的形狀可被認為是圓柱形頂部和立方體底部之結合。然後，該盤件40及該入口管道21兩者都朝該腔室36的頂部定位。既然該入口管道21延伸經過該容器20之側壁31，這種配置具有的優點是該容器20可方便地經由該底部壁面32排空，而不需要能夠承受操縱該清潔器頭部4所需之力量的鉸鍊及鉤接部。另外，既然該入口管道21係線性的，因此與該入口管道21相關聯之壓力損失減小。該配置具有至少三個進一步的優點。首先，該汙物分離器102之汙物容量係顯著地增加。第二，當該手持式單元2被倒置以在地板上方進行清潔時，在該容器20內的汙物係不太可能落到該盤件40上。因此，該腔室36不需要包括環繞該盤件40之保護性溝槽，且如此可使用具有較大的總開口面積之較大盤件40。第三，當該手持式單元2擱置在水平表面上時，該容器20的底壁32可被使用於支撐該手持式單元2。然而，這種配置沒有其缺點。例如，較大之容器20可阻礙進入狹窄空間、諸如在家具或器具之間。另外，該腔室36的底部係與該腔室36之頂部徑向地隔開。那就是說該腔室36的底部係在正交於該盤件40之旋轉軸線48的方向中由該腔室36之頂部隔開。其結果是，藉由該盤件40所徑向地往外拋出的汙物及流體可干擾在該腔室36之底部中所收集的汙物。另外，該腔室36內之任何渦流將傾向於在該腔室36上下移動。因此，汙物的再夾帶可能增加，導致分離效率中之降低。藉由對比，在圖3和9中所說明的配置中，該腔室36之底部係與該腔室36的頂部軸向地隔開。因此，藉由該盤件40徑向地往外拋出之汙物和流體係不太 可能干擾在該腔室36底部中所收集的汙物。另外，在該腔室36內之任何渦流都環繞該腔室36移動而不是在該腔室36上下移動。

在上述每個汙物分離器10、101、102中，至少該入口管道21的端部(亦即具有該入口37之部分)沿著與該盤件40的旋轉軸線48重合之軸線延伸。其結果是，該含有汙物的流體於被引導在該盤件40之中心的軸向方向中進入該腔室36。上面已敘述其優點。然而，可能存在希望具有替代配置之情況。例如，圖11-13說明汙物分離器103，其中該入口管道21沿著相對該盤件40的旋轉軸線48成一角度之軸線延伸。也就是說，該入口管道21沿著與該旋轉軸線48不平行的軸線延伸。作為此配置之結果，該含有汙物的流體以不平行於該旋轉軸線48之方向進入該腔室。雖然如此，進入該腔室36的含有汙物之流體持續被引導到該盤件40上。實際上，利用圖11-13中所顯示的汙物分離器103，該含有汙物之流體持續被引導到該盤件40的中心。由於幾個理由，這種特定的配置可能為有利的。首先，當該真空清潔器1被使用於地板清潔時，如圖1中所顯示，該手持式單元2大致上以約45度之角度往下引導。其結果是，汙物可不均勻地收集在該汙物分離器內。尤其是，汙物可優先地沿著該腔室36的一側面收集。對於圖3中所顯示之汙物分離器10，汙物的此種不均勻收集可能意味著汙物沿著一側填充到該腔室36之頂部，從而觸發腔室充滿狀態，即使該腔室36的相反側可能相對沒有汙物。如圖12中所說明，圖11-13之汙物分離器103可更好地利用該可用空間。其結果是，可改善該汙物分離器10的容量。也可以說圖9之汙物分離器101具有這種優點。然而，該汙物分離器101的入口管道21包括兩個彎曲部。相比之下，圖11-13之汙物分離器103的入口管道21大致上係線性的，且如此壓力損失係較小。圖11-13中所顯示之配置的另一個優點有關排空。如與圖3所示之配置一樣，該入口管道21被附接至該底部壁面32且係可與該底部壁 面32一起移動。如圖6中所顯示，當圖3的汙物分離器10垂直地固持且該底部壁面32係處於該打開位置中時，該入口管道21水平地延伸。藉由對比，如在圖13中所顯示，當圖11-13之汙物分離器103被垂直地固持且該底部壁面32被打開時，該入口管道21係向下傾斜。其結果是，更好地促使汙物從該入口管道21滑落。

在圖11-13所顯示的配置中，進入該腔室36之含有汙物的流體持續被引導到該盤件40之中心。儘管在這種配置中存在優點，但是仍然可藉由偏心地引導該含有汙物的流體來達成有效之汙物分離。再者，可能存在希望偏心地引導該含有汙物的流體之情況。例如，如果該盤件40的中心區域係有穿孔的，則該含有汙物之流體可被偏心地引導，以便避免該盤件40的切向速率最慢之區域。其結果是，可觀察到分離效率中的淨增益。當作範例，圖14說明一配置，其中進入該腔室36之含有汙物的流體被偏心地引導在該盤件40。類似於圖9中所顯示之配置，該入口管道21係與該容器20的側壁31一體成形，且該底部壁面32係藉由鉸鏈33和鉤接部(未示出)附接至該側壁31。當該底部壁面32在該關閉和打開位置之間移動時，該入口管道21的位置保持固定。這接著具有以下優點：該容器20係便於清空而無需設計能夠承受操縱該清潔器頭部4所需之力量的鉸鍊和鉤接部。再者，與圖9之汙物分離器101相比，該入口管道21係直的，且如此由該含有汙物之流體經過該入口管道21的運動所引起之壓力損失減小。

在更一般的意義上，可以說該含有汙物之流體沿著流動軸線49進入該腔室36。該流動軸線49接著與該盤件40相交，使得該含有汙物的流體10被引導在該盤件40。然後，這具有以下益處：該含有汙物之流體在進入該腔室36之後不久衝擊該盤件40。然後該盤件40向該含有汙物的流體賦予切向力。該流體係經過該盤件40中之孔洞47抽吸，而由於其較大的慣 性，該汙物徑向地往外移動並收集在該腔室36中。於圖3、9、10和11所示配置中，該流動軸線49與該盤件40之中心相交，而在圖14所示配置中，該流動軸線49與該盤件40偏心地相交。儘管使流動軸線49與該盤件40的中心相交具有優點，但是仍然可藉由使流動軸線49與該盤件40偏心地相交來達成有效之汙物分離。

在上述每個配置中，該入口管道21具有圓形橫截面，且如此該入口37具有圓形的形狀。可以想像，該入口管道21和該入口37可具有替代之形狀。同樣，該盤件40的形狀不必是圓形的。然而，既然該盤件40旋轉，不清楚具有非圓形盤件會帶來什麼好處。該盤件40之穿孔和非穿孔區域45、46也可具有不同的形狀。尤其是，該非穿孔區域45不需要為圓形或位於該盤件40之中心。例如，在該入口管道21被偏心地引導於該盤件40之處，該非穿孔區域45可採用環狀的形式。在上面之討論中，有時候參考特定元件的直徑。在該元件具有非圓形之形狀的情況下，該直徑對應於該元件之最大寬度。例如，如果該入口37的形狀為矩形或正方形，則該入口37之直徑將對應於該入口37的對角線。另一選擇係，如果該入口之形狀為橢圓形，則該入口37的直徑將對應於該入口37沿著該主軸的寬度。

如可在圖4中看出，該盤件40中之孔洞47的形狀是圓形的且具有恆定之尺寸。然而，如圖15中所說明，可採用其他形狀和不同的尺寸。在所顯示之六個範例中，前三個具有從此圖的視角伸長的孔洞(亦即，當垂直於該盤件觀看時)。因此，它們界定了在該盤件平面內延伸之縱軸。在該“彎曲凹槽”和“圓周凹槽”的情況下，這些縱向軸線係彎曲的。該“圓周凹槽”在該徑向方向中係凸起的。如果該盤件從圖15之視角順時針旋轉，則“彎曲凹槽”在該盤件的旋轉方向中係凸起的，且如果該盤件從圖15之視角逆時針旋轉，則在該盤件的旋轉方向中為凹入。

圖15亦包括圓形孔洞之範例，其尺寸在徑向往外移動時增大，即該“漸變孔洞”。該穿孔區域46被分成第一區域52a和第二區域52b，該第二區域52b係位於該第一區域52a之徑向外側。該第一區域52a的孔洞之直徑係小於該第二區域52b的孔洞之直徑，且據此該第二區域的每個孔洞之橫截面積係大於該第一區域的每個孔洞之橫截面積。因此，在該盤件40的切向速率較慢之情況下，該等孔洞係較小。這可接著導致分離效率中的改善，而不必增加越過該汙物分離器之壓降。

於此案例中，該第二區域52b的孔洞之間的平台略寬於該第一區域52a的孔洞之間的平台。這補償藉由較大孔洞所提供之增加的開口面積，這意味著該第一和第二區域52a、52b具有相同之孔隙率。然而，如果該等孔洞之間的平台在兩個區域52a、52b中具有相同之寬度，則該第二區域52b將具有比該第一區域52a更高的孔隙率。

圖16顯示用於如上所述之盤件總成22中的盤件40之另一個範例。與該前面的範例一樣，此盤件40具有孔洞47，該孔洞47在橫越該穿孔區域46之徑向範圍中的橫截面積增加。在這種情況下，該盤件40具有一組10個圓周陣列54a-54j的孔洞47。該等孔洞47從該徑向最內側陣列54a到該最外側陣列54j之直徑增大，且如此該橫截面積增加。在這種情況下，橫越該等穿孔區域46的徑向範圍逐漸增加之孔洞尺寸導致孔隙率的相應逐漸增加。

雖然孔洞尺寸和孔隙率中之變化係漸進的，但為了避免疑義，該盤件40仍然可被認為具有與圖15之‘漸變孔洞’範例類似方式的離散區域。例如，可考慮陣列54a佔據該第一區域和陣列54b佔據該第二區域(因此孔洞尺寸和孔隙率中之差異將為相對較小)。作為另一示例，可考慮陣列54a和54b佔據該第一區域，且陣列54i和54j佔據該第二區域(因此該第二區域 的每個孔洞將為該第一區域之每個孔洞的直徑之大約兩倍，意味著該第二區域的每個孔洞之橫截面積約為該第一區域的每個孔洞之175%)。作為另一範例，可考慮陣列54a和54b佔據該第一區域，陣列54d和54e佔據該第二區域，且陣列54g-54i佔據第三區域，該第三區域係位於該第二區域的徑向外側(該第三區域之孔洞尺寸和孔隙率係高於該第二區域的孔洞尺寸和孔隙率)。

圖17顯示適用於諸如上述那些盤件總成22之盤件40的另一個範例之示意圖。在這種情況下，與圖15的“彎曲凹槽”、“圓周凹槽”和“徑向凹槽”之範例一樣，當垂直於該盤件的平面觀看時，每個孔洞47係細長的且界定縱向軸線56，該縱向軸線56在該盤件40之平面內延伸。

於此案例中，每個孔洞47的縱向軸線56係相對該盤件40之相關聯徑向方向58傾斜。如圖17中關於該最下面和最上面的孔洞47所顯示，在該範例中，每個孔洞47之縱向軸線56係傾斜的，使得它與該相關聯的徑向方向58界定大約25度之角度60。再者，該等孔洞47被對齊，使得它們的徑向外端係在該盤件之旋轉方向中(從圖17的視角為逆時針方向)定位於其徑向內端之前方。這允許該等孔洞47被定位成更靠近該盤件40上方的空氣流動，如後面所更詳細敘述的。

圖18顯示盤件40之另一個例子。與圖17的盤件類似，該等孔洞之縱向軸線56係相對該徑向方向傾斜，其中每個孔洞從一端到另一端所採用的路徑界定相對該相關聯之徑向方向58傾斜的向量62。亦與圖17之盤件一樣，圖18的盤件40具有孔洞47，孔洞47之徑向外端在該盤件40的旋轉方向中(從圖18之視角逆時針方向)從其徑向內端向前。

反之圖17的盤件40的孔洞47各自延伸超過該穿孔區域46之徑向範圍的一半(亦即，它們延伸超過該盤件40之設置有孔洞的部分之徑向 範圍的一半)，而在圖18之盤件中，每個孔洞47延伸在該穿孔區域46的整個徑向範圍之上。圖18的盤件40與圖17的盤件不同之處還在於：該等孔洞的縱向軸線56係彎曲的，其方式類似於圖15之“彎曲凹槽”和“圓周凹槽”。它們在該盤件的旋轉方向中係凸出的。在這種情況下，該中心線之曲率半徑係略小於該盤件的半徑-該盤件之半徑為43mm，且縱軸56的曲率半徑為41mm。因此，該盤件之曲率半徑係約為該盤件半徑的95%。

該等孔洞47相對該徑向方向之傾斜、及它們在該盤件40的旋轉方向中之凸度(convexity)意味著每個孔洞可垂直於越過該盤件的流體路徑定位。圖18中顯示此空氣路徑，以及用較粗之線64描繪的兩條空氣路徑。由於該空氣在該盤件上徑向地往外流動，該等流動線在該徑向方向中具有分量，且由於該盤件之旋轉而具有在該切線方向中的分量。隨著該流動徑向地往外移動，當徑向位置增加時，由於該盤件之部分的切向速率增加，該切向分量變得更加顯著。據此，該等路徑線64採用逐漸收緊之向外螺旋的形式。該等孔洞47之傾斜度使它們大致垂直於該等路徑線64的平均漩渦角度定位，且它們之弧形性質允許該等孔洞47在其漩渦角度改變時保持本質上正好與該等路徑線64正交。

如與圖16的盤件40一樣，該盤件之孔隙率在越過該穿孔區域46的徑向範圍內逐漸增加，因此第一和第二(或第一、第二和第三)區域之位置能以多種方式分配。例如，該第一區域可被認為僅是該穿孔區域46的最內部分，且該第二區域可被認為僅是該最外部分。該穿孔區域46之最內部分的孔隙率係約為12%，且該最外部分之孔隙率約為20%，因此如果以這種方式界定該第一和第二區域，則該第二區域的孔隙率比該第一區域之孔隙率大約65%。

圖19顯示以該徑向方向觀看的另一盤件40之橫截面的一部 分。從圖19之角度觀看，該盤件40的旋轉對應於該可見部分向右之移動。經過該盤件40的每個孔洞47從該盤件之上游面66到下游面68的路徑界定了中心線70。每個孔洞47之中心線70係與該盤件40不垂直。更具體地說，傾斜使得該中心線70在該盤件40的旋轉方向中(亦即，從圖19之視角進一步向左)於後面的點處與該上游面66相交，在該點處，該中心線70與該下游面68相交。在這種情況下，每個孔洞47之中心線70與該盤件的平面界定大約60度之角度72。

以這種方式，‘向後’傾斜的孔洞47可改善該盤件40之分離性能。當該盤件40旋轉時，進入每個孔洞47的空氣傾向於撞擊該等孔洞之嘴部74的後部，如藉由路徑線75所示。由於該中心線70之傾斜，該嘴部74的後部係向後傾斜，傾向於使汙物從該孔洞47中彈出而不是穿過該孔洞47。相反，如果該等孔洞47‘向前’成一角度，接著其嘴部將充當勺子，而傾向於將汙物顆粒保留在經過該盤件之空氣流中。

圖20中示出了另一個盤件40的一部分，而與圖19之視角相同。此盤件40的每個孔洞47具有錐形部分76，該錐形部分76在該下游方向中變窄。在這種情況下，該錐形部分76採用被定位於該等孔洞47和該上游面66之間的交叉處之截頭圓錐形削角表面的形式。該削角表面之錐角78係約30度。每個孔洞47還具有定位在該錐形部分76下游的倒錐形部分80，其在該下游方向中變寬。該倒錐形部分的錐角82也約為30度。

該錐形部分76提供與上面關於圖19之孔洞47的嘴部74所描述之類似的功能性-進入該孔洞47之空氣傾向於撞擊藉由該錐形部分76所提供的傾斜表面，從而為汙物提供進一步機會以由該孔洞47彈出(ricochet)而不是通過它。相反地，如果該孔洞47在90度拐角處與該上游面66相交，則進入該孔洞之嘴部的任何汙物將極可能被保留在其中並通過該盤件。該 倒錐形部分80作用為擴散器，減緩經過該孔洞47之流動(在該錐形部分76中加速之後)，使得它更平順地離開該盤件40。

另一盤件被顯示在圖21中，其孔洞具有錐形部份。於此案例中，每個孔洞47的整個構成該錐形部分76-每個孔洞沿其整個長度經過該盤件40逐漸變細。在這種情況下，每個孔洞47在圓角表面84處與該盤件70之上游面66相交，這可使該上游面66上方的空氣流變平順並進入該孔洞47。

在圖22中顯示另一個盤件40。此盤件之每個孔洞47本質上係圖19和20的孔洞之組合，因為它具有傾斜的中心線70、呈削角表面形式之錐形部分76以及倒錐形部分80。然而，在這種情況下，該削角表面係傾斜錐體的一部分而不是圓錐體-該削角表面之不同部分具有不同的錐角。該錐形部分76之前部86與該嘴部74的前緣88(在該盤件之旋轉方向中)相交，比該錐形部分的後部90更陡峭，該後部90與該嘴部74之後緣92相交。該前部86的錐角94係約30度，且該後部90之錐角96係約55度。

該盤件40的厚度係諸如那些如上面所述之分離器設計中的重要因素。較厚之盤件40自然更堅硬且不易損壞。再者，於提供諸如關於圖19-22所討論的那些特色之情況下，較厚的盤件可允許增強那些特色的效果。然而，較厚之盤件40並非沒有缺點。當該盤件40旋轉時，每個孔洞47的壁面推動流過它之流體。其結果是，該盤件40向移動經過該盤件40的清潔過流體賦予漩渦。隨著該盤件40之厚度增加，賦予該清潔過流體的漩渦增加。這接著會產生兩種不良後果。首先，與該汙物分離器10相關聯之壓降增加。其次，以特定速率驅動該盤件40所需的功率增加。具有較厚盤件40之另一個困難是該製造時間和成本極可能增加。家用真空清潔器的最佳折衷方案可為於2-4mm的範圍中。圖19-22中所說明之每個盤件都是3mm厚。

在上述配置中，該盤件總成22包含直接地附接至電動馬達41 的軸桿之盤件40。可以想像地，該盤件40可被間接地附接至該電動馬達、例如藉著變速箱或驅動擋塊。再者，該盤件總成22可包含托架，該盤件40被附接到該托架。作為示例，圖16說明具有托架42的盤件總成23。該托架42可被使用於增加該盤件40之剛性。其結果是，可使用更薄的盤件40或具有更大直徑及/或更大總開口面積之盤件40。該托架42還可被使用於在該盤件總成23及該容器20之間形成密封。在這方面，雖然迄今已如此敘述該盤件40和該頂壁30之間的接觸密封，但同樣可採用替代類型之密封、例如迷宮式密封或流體密封。該托架42還可被使用於阻擋完全穿孔盤件的中心區域。在圖16中所示範例中，該托架42包含中心轂部，其藉由徑向輪輻43連接到輪緣。然後，流體經由相鄰輪輻43之間的孔口移動經過該托架42。

上述每個盤件總成22、23包含用於驅動該盤件40之電動馬達41。可以想像地，該盤件總成22、23可包含用於驅動該盤件40的替代機構。例如，該盤件40可為藉由該真空馬達12所驅動。這種配置對於圖1中所顯示之佈局係特別可行，其中該真空馬達12圍繞與該盤件40的旋轉軸線48重合之軸線旋轉。另一選擇係，該盤件總成22、23可包含藉由移動經過該盤件總成22、23的流體之流動所供給動力的渦輪機。渦輪機大致上比電動馬達較便宜，但該渦輪機之速率以及如此該盤件40的速率取決於流過該渦輪機之流體的流速。其結果是，在低流速下難以達成高分離效率。另外，如果汙物堵塞該盤件40中之任何孔洞47，則該盤件40的開口面積將減小，從而限制流體到該渦輪機之流動。其結果是，該盤件40的速率將減少及如此阻塞之可能性將增加。然後出現跑道效應(runway effect)，其中該盤件40在其堵塞時變得越來越慢，且該盤件40在其減速時變得越來越堵塞。再者，如果該清潔器頭部4中的抽吸開口暫時受阻，則該盤件40之速率將顯著地降低。然後，汙物可在該盤件40上大量地積聚。當隨後移除該障礙物時，該 汙物可將該盤件40的開口面積限制至此一使該渦輪機不能以足夠的速率驅動該盤件40來甩開該汙物之程度。雖然大致上更昂貴的電動馬達具有以下優點：該盤件40之速率對流速或流體速率係相對不敏感的。其結果是，可在低流速和低流體速率下達成高分離效率。另外，該盤件40係不太可能被汙物堵塞。使用電動馬達之另一個優點是它需要較少的電功率。也就是說，對於給定之流速和盤件速率，藉由該電動馬達41所吸取的電功率係小於藉由該真空馬達12所吸取之額外電功率，以便驅動該渦輪機。

到目前為止，該汙物分離器10已被敘述為形成手持式單元2的一部分，該手持式單元2可被用作獨立清潔器或可經由細長管件3附接至清潔器頭部4以用作棒式清潔器1。手持式單元中之盤件總成的製備絕不是直觀的。儘管在真空清潔器之汙物分離器內提供旋轉盤件係已知的，但是存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括旋風腔室以將該汙物與該流體分離。其結果是，該汙物分離器之整體尺寸係相當大且不適合供使用於手持式單元中。利用在此中所敘述的汙物分離器，能以相當緊湊之方式達成有效的分離。其結果是，該汙物分離器係特別適用於手持式單元。

手持式單元之重量顯然是其設計中的重要考慮因素。因此，除了真空馬達之外還包括電動馬達不是明顯的設計選擇。另外，在該手持式單元係由電池供電之情況下，可合理地假設藉由該電動馬達所消耗的功率將縮短該真空清潔器之運行時間。然而，藉由使用電動馬達來驅動該盤件，可達成相當高的分離效率以實現相當適度之壓力下降。因此，與傳統手持式清潔器相比較，使用功率較小的真空馬達可達成相同之清潔性能。因此可使用較小的真空馬達，其消耗較少之電力。其結果是，重量及/或功耗中的淨減少可為可能的。

雖然在此中所敘述之汙物分離器係特別適用於手持式真空 清潔器，但是應當理解的是，該汙物分離器可同樣地被使用於替代類型之真空清潔器、諸如直立式、罐式或機器人式真空清潔器。

應當理解在不脫離所附申請專利範圍中所界定的本發明之範圍的情況下，可對該等上述實施例進行多種修改。例如，儘管在該等上述實施例中，該盤件中之孔洞係由一系列不連續的表面所構成，但是應該理解於其他實施例中，該等孔洞之側面可採用連續成型的彎曲表面之形式。例如，在圖20的盤件之變型中，該等孔洞可為藉由連續流動的曲線所形成，該曲線在該下游方向中變窄且接著再次擴展，以便使該孔洞具有沙漏狀之形狀。

Claims (15)

1. 一種真空清潔器的汙物分離器，該汙物分離器包含：一腔室，具有含有汙物之流體經過其進入該腔室之一入口以及清潔過的流體經過其離開該腔室之一出口；及一盤件，位於該出口，該盤件被配置成圍繞一旋轉軸線旋轉，且包含該清潔過的流體所通過之數個孔洞，其中：該等孔洞分佈在該盤件的至少第一和第二區域之上，該第二區域係在該第一區域的徑向外側；及該第二區域之孔隙率係高於該第一區域的孔隙率。
2. 如申請專利範圍第1項所述的汙物分離器，其中：該等孔洞分佈在一第三區域以及該第一和第二區域之上，該第三區域係在該第二區域的徑向外側；及該第三區域之孔隙率係高於該第二區域的孔隙率。
3. 如申請專利範圍第1至2項中之任一項所述的汙物分離器，其中該盤件之孔隙率實質上在設置有越過該等孔洞的盤件之整個徑向範圍內連續地增加。
4. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所述的汙物分離器，其中該第二區域之孔隙率係比該第一區域的孔隙率大至少20%。
5. 如申請專利範圍第4項所述的汙物分離器，其中該第二區域之孔隙率係比該第一區域的孔隙率大至少60%。
6. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項所述的汙物分離器，其中當 垂直於該盤件觀看時，每個孔洞為細長的且界定在該盤件之平面內延伸的一縱向軸線。
7. 如申請專利範圍第6項所述的汙物分離器，其中每一孔洞實質上在設置有該等孔洞的盤件之整個徑向範圍延伸。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述的汙物分離器，其中每個孔洞之縱向軸線係相對該盤件的徑向方向傾斜。
9. 如申請專利範圍第6至8項中之任一項所述的汙物分離器，其中每一孔洞之縱向軸線係彎曲的。
10. 如申請專利範圍第1至9項中之任一項所述的汙物分離器，其中：該等孔洞從該盤件之一上游面延伸到一下游面；及每個孔洞具有一錐形部分，該錐形部分從其一上游端到一下游端變窄。
11. 如申請專利範圍第1至10項中之任一項所述的汙物分離器，其中：該等孔洞由該盤件之一上游面延伸到一下游面；及當沿著該盤件的徑向方向觀看時，每個孔洞經過該盤件之厚度的路徑界定一中心線，該中心線傾斜使得其不垂直於該盤件。
12. 如申請專利範圍第11項所述的汙物分離器，其中：該盤件被配置成圍繞該旋轉軸線在一預定方向中旋轉；及每個孔洞之中心線係傾斜的，使得在該盤件之旋轉方向中，該中心線於後面的一點處與該盤件的上游面相交，該點在該中心線與 該盤件之下游面相交的點處。
13. 如申請專利範圍第1至12項中之任一項所述的汙物分離器，其中該腔室被建構成使得與該含有汙物之流體分離的汙物收集在該腔室之一底部，且在朝該腔室一頂部的一方向中逐漸填充，該出口係位於該腔室頂部處或附近，且該腔室之底部係與該腔室的頂部軸向地隔開。
14. 一種真空清潔器，包含如申請專利範圍第1至13項中之任一項所述的一汙物分離器。
15. 如申請專利範圍第14項所述的真空清潔器，其中該真空清潔器係一棒式真空清潔器，包含藉由一細長管件附接至一清潔器頭部之一手持式單元，該手持式單元包含該汙物分離器，且該細長管件沿著平行於該旋轉軸線的一軸線延伸。