CN101801251B - 用于非接触地去除微粒物质的手持式便携装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于搅动和捕获已经积在结构的各种表面上的微粒物质的手持式便携装置(7)。在使用期间所述装置(7)形成能彼此密切接触的相反气流。真空气流(110)被吸入到所述装置(7)中，限定在被清洁表面上的真空影响区。喷出的高压气流(210)穿透相对的真空气流(110)或邻近相对的真空气流(110)地经过并且接触被清洁表面，从被清洁表面搅动微粒物质。能从多个喷嘴(205)喷出高压气流(210)，作为一系列离散地接触被清洁表面的气流冲击。选择各个喷嘴(205)的结构，以及所有喷嘴(205)的整个布置和位置以将所期望的微粒物质搅动特性给予所述装置。

Description

用于非接触地去除微粒物质的手持式便携装置
相关申请的交叉引用
本国际申请主张2007年7月9日提交的、申请号为60/948,676的美国临时申请的益处并且要求其的优先权，为了所有的目的，其全部以引用的方式被清楚地结合到这里。
技术领域
本发明涉及用于从表面去除灰尘和碎屑的装置而不与那些表面接触，并且更具体地，涉及用于搅动和捕获已经堆积在各种表面上的灰尘和碎屑的手持式便携装置。
背景技术
在许多家庭环境中，存在许多空气传播微粒和碎屑，例如过敏原、灰尘和/或其它空气传播物质，其对于生活在家里的人来说能形成呼吸问题。一些这种空气传播微粒能堆积在家里的各种易于看到的表面上，其可能是难看的。
为了管理、控制或者以其它方式影响空气传播的微粒的空气传播或堆积，使用了多种已知的装置和方法。作为第一个例子，已经开发了多种不同的空气清洁和净化装置，其从家的内部环境吸入空气通过该装置，用于从穿过装置的气流过滤和去除过敏原、灰尘或其它空气传播微粒。然而，这种装置不能完全消除灰尘、过敏原、碎屑和其它空气传播微粒的沉淀和堆积。因此，这种装置没有消除对于各种家庭维护作业例如除尘的需要。
从某些表面去除灰尘能是特别繁重的或另外困难的。例如，从带有许多小的可移动物品，举例来说，各种收藏品、纪念品或其它物品的区域去除灰尘通常需要从下面的支撑表面拿走所述物品。
而且，从小物品本身去除灰尘或其它碎屑，同样能是相当繁重的。通常，从下面的支撑表面取下所述小物品并且物理地操作所述小物品以将所述小物品的各个外表面暴露给除尘装置，无论它是除尘器还是其它装置。因此，通常的家庭除尘作业能需要相当多的时间以完全执行。
已经引入其它装置，例如真空吸尘器和它们的附件以减少执行除尘作业所需要的相对时间。然而，这些装置中的大多数是相对大的和大体积的。因此，举例来说，因为使用者经由真空软管被系连到所述装置，所以当除尘时使用者必需在家周围移动这种装置，例如真空吸尘器。
也已经提出了其它装置，例如各种手持式真空装置，以简化一些家庭作业。这种装置趋向于对通常的真空清洁功能比对除尘是更有用的。原因是通常的手持式真空装置不能吸入足够的真空压力以移动可能顽固地粘附到被清洁表面的灰尘和碎屑，尤其是在不触及所述表面的情况下。换句话说，由手持式真空器所产生的真空压力通常是不足够强到能从例如带有精细表面的收藏品或家具去除灰尘。既然手持式真空器的使用者经常触及它们正在清洁的表面，例如车内装饰或地面，他们难以用不接触的方式使用这种装置。手持式真空装置通常具有作为它们的入口的窄的横向地延伸的狭槽，使得它们不适于与传统的侧到侧除尘方式一起使用。此外，这种装置倾向于是稍为重的并且有些是难以接受地高噪音的，由此长期的使用对于使用者来说能是受损的和/或疲劳的。
因此，期望开发相对小的、手持式的、并且便携的装置，其能从各种表面移动和收集堆积的灰尘和碎屑，尤其是在一些情况下以非接触的或不触及的方式。
发明内容
与前述内容相一致，并且根据这里所包含的和广泛地描述的发明，以合适的细节披露了用于非接触地去除微粒物质的手持式便携装置以使得本领域普通技术人员能制造和使用本发明。
根据本发明的第一实施方式，提出一种用于搅动和捕获已经积在各种表面或结构上的微粒物质的装置。在使用期间该装置的低压和高压***形成能彼此密切接触的相反气流。通过低压***，真空气流被吸入到该装置中，限定在被清洁表面上的真空影响区。应当指出，真空气流不但影响这种表面而且作用于大体上在该装置和被清洁表面，例如，从其去除空气传播微粒的表面之间限定的三维空间。从高压***喷出高压气流，该高压气流穿透相反的真空气流并且接触被清洁表面，以从其搅动微粒物质。可选地，高压气流不穿透真空气流而是非常邻近其地或者甚至与其密切接触地流动，优选为在基本上相反的方向上。能从多个喷嘴喷出高压气流，其作为一系列离散地接触被清洁表面的气流冲击。能选择(i)各个喷嘴的结构，(ii)所有喷嘴的总体布置和位置，(iii)多个喷嘴的特定喷射或排出次序，和(iv)各个高压气流冲击的持续时间和动力或幅值，以将所期望的微粒物质搅动特性给予所述装置。额外地，优选为低压***的出口和/或入口的大小和结构被设置成使得微粒物质的捕获性能最优化。
在另一实施方式中，该装置包括把手和延伸远离所述把手的鼻段。真空气流进入鼻段并且限定在被清洁表面上的真空影响区。高压气流从鼻段流出并且穿透真空气流或邻近真空气流地流动，接触待清洁表面。在这种结构中，高压气流从待清洁表面搅动至少一些微粒物质，其然后被真空气流捕获。在这点上，该装置能执行非接触地从被清洁表面去除微粒物质。
在一些实施方式中，以超音速从喷嘴喷出高压气流。
在另一实施方式中，以一系列离散脉冲喷出高压气流。能从沿着所述鼻段的长度彼此间隔开的多个高压喷嘴，或者以其它方式喷出所述离散脉冲。
在再另一实施方式中，该装置的重量小于5磅，并且优选为小于2磅。
在一些实施方式中，该装置包括至少一个用于从被清洁表面机械地搅动微粒物质的附件。这种附件能是橡皮刷、一次性物品和/或除尘布、刷子或其它附件。
在再其它实施方式中，所述装置包括(i)至少一个限定用于真空气流进入所述鼻端的通道的主真空入口端口，和(ii)至少一个与所述主真空入口端口间隔开的或移动开的辅助真空入口端口。这种辅助真空入口能被用来收集相对大的碎屑例如大碎片。真空入口能被提供在该装置的把手组件、主本体段或鼻段上。当被提供在鼻段上时，能例如通过致动鼻段的活动或可拆卸部分诸如盖或罩使用所述辅助真空入口。
在另一实施方式中，从鼻段喷出低压气流。低压气流至少部分地包括真空气流和/或高压气流并且因此也影响在被清洁表面上的真空影响区。优选地，如果需要，该装置的使用者能控制或者改变从鼻段喷出的这种低压气流的速度，或者停止和开始从鼻段喷出低压气流。
在再另一实施方式中，低压喷出气流包括化学清洁剂和/或芳香物。
在再另一实施方式中，所述装置包括允许使用者选择目标高压气流的辅助高压喷嘴。辅助高压喷嘴不是必须穿透真空气流，而是能从鼻段的一端流动，促使使用者的瞄准辅助高压气流，举例来说，脉冲的能力。当去除在垂直于由主高压喷嘴限定的平面的表面上的微粒物质，或者被限制在使用者合适地对准用于去除的主高压喷嘴的能力受限的空间内的微粒物质时，这能是尤其有益的。
在一些实施方式中，该装置具有显示高压喷嘴的位置的视觉指示器。例如，视觉指示器能被提供在该装置的鼻段或本体的上表面上或者别处。所述视觉指示器能是书写的、印刷的或其它标记例如在所述鼻段的上表面中的包塑成型(overmolding)的突起或凹陷。
在另一实施方式中，视觉指示器例如是由发光二极管(LED)或其它合适的光源从所述鼻发出的光。
在另一实施方式中，本发明包括一种使用手持式便携装置非接触地去除微粒物质的方法。在使用期间，真空气流远离微粒物质已经积在其上的被清洁表面地被吸入到该装置中。高压气流从该装置流出并且流过真空气流，从被清洁表面搅动至少一些微粒物质。至少一些被搅动的微粒物质被夹带到真空气流中，由此在没有任何表面接触的情况下至少一些微粒物质被从所述表面去除掉并且被该装置收集。
附图说明
通过参考代表性的并且因此非限定性的实施方式，构成本发明的益处和特征以及提供有本发明的典型机构的构成和操作的清晰概念将变得是更显而易见的，其中在附属于说明书并且形成说明书一部分的附图中示出了所述实施方式，其中在几个附图中相似的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1是本发明的用于非接触地去除微粒物质的手持式便携装置的第一实施方式的部分示意性的侧视图；
图2是本发明的用于非接触地去除微粒物质的手持式便携装置的第二实施方式的部分示意性的侧视图；
图3A是本发明的用于非接触地去除微粒物质的手持式便携装置的第三实施方式的部分示意性的侧视图，其中除尘布组件处于折叠向下位置；
图3B是图3A的手持式便携装置的部分示意性的侧视图，其中除尘布组件处于向外地展开的位置；
图3C是图3A的手持式便携装置的变形的部分示意性的侧视图，其中除尘布被转动到面向下的位置；
图4A是图3A的手持式便携装置的另一变形的部分示意性的侧视图；
图4B是图4A的手持式便携装置的部分示意性的侧视图，其中罩向外地延伸，暴露了辅助真空入口；
图5是图1的手持式便携装置的部分示意性的侧视图，示出了通过该装置建立的低压***气流模式；
图6是图2的手持式便携装置的部分示意性的侧视图，示出了通过该装置建立的低压***气流模式；
图7是图5的手持式便携装置的变形的部分示意性的侧视图，示出了包括空气帘部件的低压***气流模式；
图8是图6的手持式便携装置的变形的部分示意性的侧视图，示出了包括空气帘部件的低压***气流模式；
图9是图1的手持式便携装置的变形的下侧的透视图，其中部分剖开了本体和把手段；
图10是在图9的手持式便携装置中使用的低压风扇的透视图；
图11是能被用来从本发明的低压***分配空气帘的下部凸缘的实施方式的透视图；
图12是图1的手持式便携装置的部分示意性的侧视图，示出了高压***的部件构造；
图13是图2的手持式便携装置的部分示意性的侧视图，示出了高压***的部件构造；
图14是能与本发明的手持式便携装置一起使用的高压分配阀的实施方式的透视图；
图15是能与本发明的手持式便携装置一起使用的共轨分配***的顶视图；
图16是一图示，示出了流出本发明的手持式便携装置的高压喷嘴限定的高压气流脉冲幅值与持续时间的关系；
图17是一图示，示出了在一段持续时间上流出本发明的手持式便携装置的高压喷嘴限定的高压气流脉冲幅值与持续时间的关系，其足以显示以大约60Hz的频率重复的重复空气喷出或脉冲循环；
图18是本发明的手持式便携装置的为超声速喷射构造的高压喷嘴的放大前视图，示出了带有“菱形激波”的超声高压气流冲击模式；
图19是本发明的手持式便携装置的部分横截面的放大端示图，示出了穿透相反的低压真空气流的高压气流；
图20是鼻段的透视图，示出了能与本发明的手持式便携装置一起使用的空气帘的气流模式；
图21是鼻段的一部分的横截面端示图，示出了能与本发明的手持式便携装置一起使用的空气帘的气流模式；
在描述附图中所示的本发明的优选实施方式时，为了清楚将借助于特定的术语。然而，不意在将本发明限定到所选择的特定术语，并且应当理解，各个特定术语包括所有技术等同术语，其以相似的方式操作以实现相似的目的。例如，能使用单词“连接的”、“附连的”，或者与其相似的术语。然而，它们不被限定到直接连接而是包括通过其它元件连接，其中这种连接是能被本领域技术人员认识到的。
具体实施方式
参考在下面的描述中详细地描述的非限定性的实施方式更完整地解释本发明以及它的各种特征和好处的细节。
A.***概述
在基本形式中，大体上参考图1-2，本发明是***5，该***5包括不触及地或非接触地去除微粒物质的手持式便携装置，举例来说，装置7。***5进一步包括充电部9，所述充电部9能被构造为在装置7充电或再充电时用于保持装置7的系泊部。任选地，充电部9起到单独的电池充电器的作用，其例如能维持所述装置7的备用电池的电荷。在再其它实施方式中，充电部9是装置7的整体式部件，由此它起到AC-DC功率转换器的作用并且装置7采用“带电线的”结构。在再进一步的实施方式中，装置7是带电线的但是没有AC-DC功率转换器，由此其中的任何电装置是AC供电的。
仍然参考图1-2并且也参考图5-8，无论充电部9的特定结构以及它与装置7之间的互相作用，该装置7被构造成用于执行除尘或去除其它微粒物质式清洁作业，而从不触及被清洁表面的基体(substrate)。为了提供这种非接触地去除微粒物质，装置7包括低压***100和高压***200，它们彼此相互配合以从被清洁表面气动地去除微粒物质。在典型的实施方式中，低压***100使用一个或多个低压气流部件，例如，高体积低压气流部件，用以收集、保持和去除微粒物质。低压***100的气流部件能包括负压或真空气流110(图5-8)部件，其在这里的别处被更详细地解释，其将微粒物质吸入到装置7中，在那里它被过滤组件50去除或收集。
现在参考图1-2和7-8，在一些实施方式中，低压***100也包括正压或输出气流部件，其能被用来至少部分侧向地抑制装置7的气动地去除微粒物质过程中的各种气流，由此低压输出气流部件起到，举例来说，空气帘140(图7-8)的作用，将在这里的别处更详细地解释所述空气帘140。能由从装置7喷出的高体积低压气流限定空气帘140，其能至少部分地气动地限制装置7的各种其它气流。优选地，如果空气帘140被结合到低压***100中，根据需要，它的流动速率是可调节的或者能被完全关闭。
换句话说，再次参考图1-2，低压***100被构造成将疏松地沉降的或空气传播的微粒物质吸入到装置7中，而无需装置7接触被清洁表面或基体。然而，应当指出，在许多清洁情况下，例如，当执行各种家庭除尘作业时，至少一些微粒物质将粘贴、附着、沉淀、或粘附到表面到至少普通的程度。在这些情况下，低压***100在去除这种微粒物质时可能经历困难，由此高压***200然后能是完全所期望的。
仍然参考图1-2，高压***200被构造成通过从装置7输出高压气流而搅动被粘贴、附着、沉淀、或粘附到被清洁表面的微粒物质。例如，高压***200气动地克服微粒物质和基体或表面之间的吸力，吸力是静电的、粘附的、机械的或其它方式的。优选地，高压***200通过以离散脉冲释放高压气流实现这种功能。能以高速，例如超音速释放这些脉冲。因此，高压***200的气动气流疏松微粒物质或者使得它在空气中传播的，在任一点上，使得微粒物质更加易于受到低压***100的真空影响。换句话说，高压***200驱动或搅动微粒物质并且低压***100去除和收集微粒物质，优选为将微粒物质限制在过滤组件50中。
在多数使用期间，同时使用低压和高压***100和200。这允许以大体上同时的和连续的方式进行微粒物质的搅动、去除和收集。然而，如同所期望的那样，使用者能启动或停用低压***100和/或高压***200的某些气流部件。当仅仅期望搅动性能或期望相对更大的搅动性能时，使用者能关闭低压***100，和/或将装置7的资源引导到高压***200的一部分部件，这将在这里的别处更详细地描述。因此，当仅仅期望收集性能或相对更大的收集性能时，使用者能关闭高压***200，和/或将装置7的资源引导到低压***100的一部分部件，这将在这里的别处将更详细地描述。
低压和高压***100和200的多功能性，连通***5的紧凑和易于携带的结构一起，使得它适于多种最终用途的应用。这种最终用途的应用的代表性的例子包括，但是不限于：家庭除尘，去除其它家庭微粒物质，去除汽车内部灰尘，去除其它汽车内部微粒物质，去除汽车外部灰尘，去除其它汽车外部微粒物质，去除商业/工业灰尘，去除其它商业/工业微粒物质等。应当进一步指出，***5不限于从用传统的除尘产品进行除尘的硬的或其它表面去除微粒物质，而是可用于多种其它表面和基体，其中微粒物质再沉淀发生。例如，***5能被用于去除微粒物质或者其它类型的软表面修复(remediation)，其用于，举例来说，室内装潢、布和其它灯罩，织物和帷幔，各种收藏品和/或其它精巧的或复杂地照料的物品，以及带有例如锋利突起或其它物理特征的物品，该物理特性使得它们不适于传统的布或其它接触式除尘。
B.优选实施方式的详细描述
现在将通过下面的、非限定性的例子进一步描述本发明的特定实施方式，所述例子将用来示出各种重要特征。所述例子仅仅意在便于理解本发明可以被执行的方式并且仅仅意在进一步使得本领域技术人员能执行本发明。因此，这里所讨论的例子不应当被解释为对本发明的范围的限定。
1.装置部件和***构造概述
现在参考图1-9和12-13，装置7包括把手组件10和本体组件20。本体组件20包括主本体段30并且在一些实施方式中也包括鼻段60。
把手组件10提供用于操作装置7的主使用者接口(interface)。优选为是传统的开/关触发式开关的开关12被设置在把手组件10上。当使用者致动开关12时，装置7被供电。当释放开关12时，装置7被断电。把手组件10能是大体上中空的，并且例如将一个或多个电池15收纳在其中。可选地，把手组件10将充电部9结合在其中，例如，作为AC-DC功率变换器，将带电线的结构提供给装置7。把手组件10经由球窝接头(图1)、可选的铰链或其它合适的接头或用关节连接的机构能被可移动地连接到装置7的其它部分，例如，本体组件20。可选地，把手组件10被固定地连接到本体组件20，如同在图2中看到的那样。
仍然参考图1-9和12-13，本体组件20收纳低压和高压***100和200的许多或所有移动部件和/或发热部件，优选为收纳在大体上整体外壳结构，举例来说，主本体段30之内。低压和高压***100和200的这种移动部件和/或发热部件的代表性的例子包括高速或其它DC电机31，可选地AC电机31、低压风扇40、高压压缩机45、和高压分配阀47。
仍然参考图1-9和12-13，马达32直接驱动低压风扇40，或者，更优选地，驱动齿轮箱36的输入轴。对于马达32驱动齿轮箱36输入轴的实施方式，齿轮箱36能具有输出轴，优选为三个输出轴。在这种实施方式中，齿轮箱36的第一输出轴旋转低压风扇40并且齿轮箱36的第二输出轴例如旋转高压压缩机45的输入轴。第三输出轴将马达32可操作地连接到高压分配阀47。换句话说，齿轮箱36分割马达32提供的动力，由此单个马达32能驱动(i)低压***100的低压风扇40，(ii)高压***200的高压压缩机45，以及(iii)高压***200的分配阀47。
不考虑收纳在主本体段30中的特定部件，在装置7的一些具体实现中，鼻段60能被可移动地连接到主本体段30。例如，球窝接头31(图1)，可选的铰链或其它合适的接头或用关节连接机构能将主本体段30连接到鼻段60。可选地，鼻段60被固定地连接到主本体段30，如同在图2中所看到的那样。
再次参考图1-9和12-13，对于包括鼻段60的装置7的实施方式，鼻段60能是加长的，大体上中空的构件，至少部分基于配合部件的结构以及装置7所意在的最终用途设置该构件的尺寸和结构。优选地，鼻段60是大约3到8英寸长，更优选为大约5到7英寸长，并且限定相当窄的宽度和高度尺寸，举例来说，小于大约3英寸，可选为小于大约2英寸，以及相对小的横截面区域。作为合适的横截面面积的一个例子，所述鼻能从邻近主本体段30的相对大的2英寸乘2英寸面积逐渐变小到在它的端部处的相对小的1英寸乘1英寸面积。在图9的装置7中能看到这种逐渐变小的结构的一个实施方式。不考虑特定尺寸，鼻段60被构造成提供长的通路(swath)或路径，其允许快速除尘，但是足够窄小以易于横过紧密地排列的物品或空间之间或者穿过紧密地排列的物品或空间同时减少不利地冲撞这种物品的可能性。
仍然参考图1-9和12-13，优选地鼻段60收纳将各种气流分量(component)引导到该装置内或外的多个除尘结构的至少一些部分。代表性的气流分量引导结构包括低压和高压***100和200各自的真空入口105和高压喷嘴205。通过将所有的主入口和出口例如真空入口105和高压喷嘴205收纳在鼻段60内，装置7能将低压和高压***100和200的气流输入和输出大体上集中到被清洁表面的表面区域或受影响区上。
在一些实施方式中，除了收纳主真空入口105和高压喷嘴205之外，鼻段60进一步收纳远离各自的主部件的辅助真空入口107和辅助高压喷嘴207。
现在参考图3A-3C，装置7的一些实施方式结合了至少一个用于从被清洁表面机械地搅动微粒物质的附件，例如在鼻段60处或邻近鼻段60。鼻段60能包括在其上的除尘布组件65。图3A和3B示出了枢转地连接鼻段的最远离主本体段30的一端的除尘布组件65。图3A示出了处于折叠向下、存储位置的除尘布组件65并且图3B示出了处于展开、向外延伸位置的除尘布组件65。根据需要，除尘布组件65能被枢转地连接到装置7的其它部分，举例来说，把手组件10、主本体段30或其它部分。
现在参考图3C，在一些实施方式中，除尘布组件65被枢转地连接到主本体段30或者连接到主本体段30附近。在这些具体实现中，当除尘布组件65相对远离鼻段60地枢转时除尘布组件65相对更接近主本体段30地枢转。任选地，能以其它方式操作或关节连接除尘布组件65用以接合被清洁表面。如同在图3C中能看到的那样，通过经由球窝接头31围绕它的纵轴线转动鼻段60，除尘布组件65能被定位成接合或面对被清洁表面，如同在图3C中所看的那样。
现在参考图3A-4B，在装置7中能提供有除尘布存储室34，例如作为延伸穿过主本体段30的通孔或者凹进到主本体段30中的壳。存储室34限定开口，该开口是足够大的以允许除尘布通过其延伸同时在使用期间保持在合适的位置处。
现在参考图4A和4B，再另一附件例如橡皮刷(squeegee)61能被结合到鼻段60中。在这种实施方式中，主真空入口105，或辅助真空入口107，能被定位在橡皮刷之上，使得用橡皮刷61能推动或清扫微粒物质。橡皮刷61能是被构造成机械地去除或瓦解微粒物质的多种合适的细长构件中的任一种。例如，橡皮刷61包括，但不限于，挠性的和/或泡沫橡胶带、非挠性的聚合体带、耐用的和/或其它布，或其它物品。不管橡皮刷61采用什么特定化学组成，优选地，橡皮刷61的前缘能从被清洁表面自由粘附微粒物质，由此通过主或辅助真空入口105和107从橡皮刷向上并且横过橡皮刷的宽度将它被吸入并且进入装置7。也可以提供用于机械地去除或瓦解微粒物质的其它附件，举例来说，刷子。
仍然参考图4A和4B，在再其它实施方式中，鼻段60包括一个或多个显示各种部件，举例来说，高压喷嘴205的位置的视觉指示器。视觉指示器能是在鼻段60的侧表面、上表面或其它表面上的印刷标记，或其它易于看到的指示。作为一个例子，视觉指示器能是向下延伸到鼻段60的上表面中的凹陷62。除了凹陷62之外或者代替凹陷62，各种光源能发出可例如用作沿着鼻段60定位的高压喷嘴205的视觉指示器。优选地，发光二极管(LEDs)被用来发出作为形成在被清洁表面上的视觉指示器的光64。这种指示能被构造成确定从喷嘴喷出的空气在表面上的覆盖区的轮廓。
2.低压***概述
现在参考图5-9，低压***100操作以起到优选为被马达32和齿轮箱36的子组件驱动的低压风扇40的作用。低压风扇40包括从轴径向延伸的多个转动叶片，该轴优选为被竖直地布置在主本体段30内。基于装置7的预定的最终用途的具体实现来选择风扇40的特定结构，由此风扇40能是多种合适设计中的任一种，例如，举例来说，径流式风扇、轴流式风扇、混合流风扇、鼠笼式风扇、和/或其它风扇。优选地，风扇40限定大约10-40立方英尺每分钟(CFM)的流动速率，或者优选为大约25-30CFM，并且能建立大约1-10英寸水柱压降，或者优选为大约1-3英寸水柱压降。
尤其是参考图10，风扇40是叶轮，该叶轮优选被构造成沿着轴向路径吸入空气或者纳入空气，但是以具有径向分量和轴向分量的气流排出空气。为了实现这个混合流动排出功能，风扇40包括第一和第二锥形构件，例如，锥形毂41和锥形外壳42，它们彼此轴向地间隔开，应当指出，锥形毂41能部分在锥形外壳42内延伸或者部分被嵌套在锥形外壳42内。
仍然参考图10，锥形毂和外壳41和42各自限定大体上截头圆锥形外表面。优选地，锥形毂41的截头圆锥形外表面以比锥形外壳42的圆锥形外表面更陡峭或更大角度地向下会聚或渐缩。在这点上，锥形外壳42的内表面和毂41的外表面之间的间隙空间的宽度减少，同时从外壳42横过到毂41。多个翼片43在锥形毂和外壳41和42之间径向地延伸。翼片43也相对于风扇40的转动轴线倾斜地延伸，并且在一些具体实现中能沿着它们各自的长度具有一个或多个弯曲或锐角弯折。
仍然参考图10，锥形毂和外壳41和42的最后端部分通过翼片43彼此间隔开，在其间限定开口44。混合流动的，举例来说，组合的轴向和径向流动的气流通过开口44流出风扇40。
再次参考图5-9，利用风扇40的进口侧为装置7提供负压或真空压力。低压风扇40的进口侧或真空侧被流体连接到被设置在鼻段60中的一个或多个开口或主真空入口105，或任选地，辅助入口107。基于装置7的预定的最终用途特性选择鼻段60的吸入真空气流110的特定部分。因此，例如通过鼻段60的下部部分的一部分或整个长度，和/或在别处通过鼻段60例如它的一个或多个侧壁部分能吸入真空气流110。
因此，至少部分基于主真空入口105所被安装于其中的鼻段60部分来选择主真空入口105的特定位置、形状和尺寸。例如，在典型的具体实现中，真空入口105被设置在鼻段60的面向下的表面上(图5-9)。真空入口105优选为占据面向下的表面区域的大部分，并且更优选为基本上占据所有的面向下的表面区域。应当指出，真空入口105能是在鼻段60的面向下的表面中的多个、离散的开口，或者能被从其穿过的单个、整体式细长开口限定而成(图9)。
现在尤其参考图4A和4B，在一些实施方式中，根据需要，能通过主真空入口105，或辅助真空入口107吸入真空气流110。能由罩108覆盖真空入口107，由此当处于默认位置时例如在图4A中所看的那样，它被脱离。当利用真空入口107时，从本体段20纵向地滑开所述罩108、暴露真空入口107并且通过其引导真空气流110。
现在参考图1-8，在鼻段60和低压风扇40的入口或真空侧之间提供过滤组件50。在这个结构中，当低压风扇40通过鼻段60吸入真空气流110时，那个真空气流110在穿过低压风扇40之前通过过滤组件50进行过滤，用以捕获被装置7去除的微粒物质。
仍然参考图1-8，优选地，过滤组件50的过滤材料是视觉上显眼的，例如被清澈的(clear)、透明的或半透明的盖或罩覆盖，使得使用者能快速地确定过滤组件50的过滤材料是否已经充分地脏以判断是否更换。任选地，在装置7上能提供过滤器充满指示器，当过滤组件50或它的过滤材料应当被替换时可视地显示给使用者。基于预定的最终用途环境选择过滤组件50的过滤材料，并且根据需要，过滤组件50的过滤材料包括HEPA过滤器、编织的和纤维过滤器，开孔泡沫过滤器其它无纺纤维过滤器、波状(corrugated)过滤器、粘性物覆盖过滤器，和/或其它过滤材料。应当进一步指出，过滤元件的特定类型和数量以及这种元件被用在过滤组件50中的位置相应于装置7的预定最终用途。换句话说，在一些实施方式中，过滤组件50是耐用的和耐洗的，同时在其它优选实施方式中过滤组件50是一次性的和可替换的。而且，过滤组件50的过滤材料或介质能用香味剂或消毒剂进行处理，例如对低压排出气流进行处理。
现在参考图5-6，在一些实施方式中，由过滤组件50过滤的并且进入低压风扇40的进口或真空侧的真空气流110，穿过风扇40，并且作为正压、低压排出气流120流出它的排出或正压侧。低压排出气流120然后通过多种合适的排出机构中的任一种从装置7流出。
排出气流120能例如通过主本体段30的侧壁或其它部分被引导到本体组件20中的排出端口或其它孔的外面。换句话说，装置7的一些实施方式将过滤后的、正压排出气流120从低压风扇40直接排出到环境中。在这些具体实现中，当它流出该装置时能用，举例来说，芳香物、除臭物、清洁物、或消毒物处理排出气流120。这允许使用者从表面或物品清洁微粒物质同时改进附近的任何恶臭。
现在参考图7-8，在其它实施方式中，来自低压风扇40的过滤后的、正压排出气流120被引导通过合适的管道130，回穿过鼻段60，作为空气帘式气流140流出。优选地，进入低压侧的真空气流110和低压风扇40的正压侧的排出气流120作为完全不同的气流部分横过装置7的鼻段60和其它部分。这样，管道130和/或其它分离结构将真空和排出低压气流110和120保持为彼此密封，由此这种相反气流仅仅在分别进入和流出鼻段60时彼此连通。换句话说，对于低压***100，仅仅装置7外侧和邻近被清洁表面的受影响部分的低压气流，也就是，真空气流110和空气帘140，彼此密切接触并相互作用。
仍然参考图7-8，这些代表性的实施方式允许低压***100建立(i)通过鼻段60的下表面的中间部分能被吸入的真空气流110，和(ii)能从鼻段60的外边缘、侧壁或其它部分喷出的空气帘140，它们配合操作以保持和去除微粒物质。能围绕吸入的真空气流110外周地喷出空气帘140，由此空气帘140能帮助将真空气流110限制和引导到在被清洁表面上的特定受影响区。这样，空气帘140能帮助将任何空气传播的微粒物质侧向地保持在真空气流110能对其起作用的空间体积之内，以便于将微粒物质吸入到装置7中。而且，装置7的一些具体实现例如将化学清洁剂引入到空气帘140中。应当指出，既然空气帘140接触被清洁表面，在一些情况下，将化学清洁剂夹带到空气帘140中能补充高压***200的从被清洁表面或物品搅动微粒物质的能力。
现在参考图11，通过空气帘出口135能有助于空气帘140的建立，所述空气帘出口135能例如是被连接到鼻段60的底部的凸缘，或者能是鼻段60的整体的一部分。空气帘出口135能包括一个或多个开口136，所述开口136被构造成影响空气帘140的行进路径，由此空气帘出口135有助于并且影响空气帘140的各种性能特性。在一些实施方式中，空气帘出口135的开口136被设置在它的下部边缘处或者邻近它的下部边缘。无论开口136的具***置，它们能流体地连接到低压风扇40的输出侧，使得它的排出气流沿着鼻段60上的管道130横过并且流出空气帘出口135。
开口136的相对尺寸、大小、形状或其它特性在空气帘流出装置7时相当大地影响空气帘140的气流特性。换句话说，开口136适于并且被构造成当气流流出装置7时，为气流提供所期望的，例如速度分布、气流方向、气流流出角度、和/或其它气流特性。
仍然参考图11，在一些实施方式中，与在空气帘出口135的长侧向侧的端部附近的那些开口的尺寸相比，它的长侧向侧的中间部分中的开口136具有相对宽的开口尺寸。而且，与它的长侧向侧的中间的开口136相比，围绕空气帘出口135的弯曲端部延伸的开口136能具有相对宽的开口尺寸。至少部分基于它们的围绕空气帘出口135的周边的位置以及在那个特定点处流出的空气帘140的特定的所期望的特性，举例来说，压力、速度、和/其它特性选择各个开口136的特定的开口尺寸、流出的水平角度、流出的竖直角度、和/或其它特征。
3.高压***概述
现在参考图9和12-14，高压***200操作以起到优选为由马达32和齿轮箱36的子组件驱动的高压压缩机45的作用。高压***200包括高压压缩机45，高压分配阀47，一个或多个高压喷嘴205，以及任选地辅助高压喷嘴207。
高压压缩机45是泵，以压缩装填的空气，该空气以高压力输出。根据需要，用于形成高压输出的合适的泵包括多种单缸，举例来说，摆动活塞(wobble piston)，泵和其它。优选地，高压压缩机45能在大约10-50psi的压力范围之内操作。从高压压缩机45输出的高压气流被引导到分配阀47。分配阀47经由合适的管、空气管线或其它管道将高压空气冲击210(图18-19)单独地定量供给和周期地释放到单独的高压喷嘴205。换句话说，高压压缩机45和分配阀47与高压喷嘴205配合操作以建立高压空气冲击210和将高压空气冲击210释放到被清洁表面的受影响区。
现在参考图14，分配阀47能包括加压芯47A和延伸到芯47A中并且被齿轮箱36驱动的转动部件47B。在使用期间，分配阀47的转动部件47B中的狭槽与阀47的外壳中的开口47C相对准，允许高加压空气从其穿过，并且然后穿过被连接到通向喷嘴205的管或空气管线的配件。这样，高压分配阀47的结构影响被引导到和穿过喷嘴205的气流冲击210的脉冲特性。
现在参考图12-19，高压分配阀47和喷嘴205配合操作以释放非常急剧(abrupt)的气流冲击210，模仿快开和快关***的即时输送，同时仍将提供足够的空气流动体积以搅动微粒物质。在图16中示例性地示出了一个这种合适的急剧释放持续时间和动力，示出了阀47，其中阀打开阶段的持续时间为大约5ms并且幅值为大约22psi。图17示例性地示出了从装置7的喷嘴205流出的气流的幅值-持续时间，该装置7具有被构造成以大约6hz的频率离散地释放高压气流冲击210的高压***200。图表具体示出了以大约35psi的操作压力同时操作四个喷头205从而产生大约0.1CFM的总空气消耗量的结果。
仍然参考图12-19，尽管分配阀47被示为被收纳在主本体段30中，能考虑其它合适的阀和气流冲击计时结构并且这也在本发明的范围之内。
例如，现在参考图15，代替分配阀47，在鼻段60中能提供共加压轨48和相应的气门机构，可选地适于释放具有所期望的持续时间、幅值、以及释放次序，和/或其它特性的冲击210的其它结构。共加压轨48经由例如机械地致动的阀、使用与配合操作的转动的和非转动的部件中周期性相对准的狭槽或孔的转动阀48A，和/或连同已知的相应控制和相关部件一起的电磁阀，通过喷嘴205能相继地释放一系列高压冲击。
再次参考图12-19，当从高压喷嘴205喷出冲击210时，与连续高压气流相比，由高压分配阀47提供的强烈的、离散的冲击210(i)节省装置7的电力消耗，(ii)以立方英尺每分钟(cfm)为单位消耗的空气相对少，和(iii)在搅动粘结的微粒物质时能是更有效的。优选地，喷嘴205是超声喷嘴，由此它们被构造成将气流的冲击210加速到超声速。当气流冲击210获得超声速时，它们呈现出“菱形激波(Mach Diamond)”外形特性，其在图18-19中能被更好地看到。
仍然参考图12-19，喷嘴205能被构造成将各种其它特性给予气流冲击210。例如，喷嘴205的开口能是卵形的或其它形状的以影响在被清洁表面上的和受气流冲击210影响的表面面积和形状。因此，喷嘴205的特定数量、它们之间的间隔、和它们各自的方位和/或在鼻段60内的布置，都能被选择以提供气流冲击210的所期望的，举例来说，冲击角和/或其它特性。
因此，喷嘴205的开口周边形状以及从其延伸穿过的轴向孔的外形和内径至少部分地限定被清洁表面上的冲击半径或冲击直径。喷嘴205的间隔以及特定的喷射次序和布置被配置成提供所期望的累积冲击图案和在被清洁表面上的相应覆盖区域，它是线性的、曲线的、重叠的、间隔的或其它形式的。
C.***使用
再次参考图1-9和12-13，根据上面的描述，为了使用装置7，使用者首先从充电部9取下装置7，然后调节把手组件10和/或鼻段60的位置，如果配备有球窝接头11和31的话。接下来，使用者将装置7的鼻段60定位在已经积有微粒物质的表面或物品之上。
优选地，鼻段60被定位在这种表面或物品上方大约0.5到4英寸之间，可选为大约1到3英寸，或者优选为大约1英寸，但是无论如何，使用者不需要使装置7触及或者以其它方式接触到它。然后，使用者致动开关12并且从而给马达32供能，其经由齿轮箱36、低压风扇40和高压压缩机45，给低压和高压***100和200供能。使用者然后能以非接触方式分离和捕获或者去除灰尘或其它微粒物质，甚至从物体的悬挂结构的下面分离和捕获或者去除灰尘或其它微粒物质，而无需从它们的静止位置取下物体以触及悬挂结构的下侧。
当如此做时，装置7建立低压真空气流110和高压气流冲击210。因为高压喷嘴205例如被居中地且线性地定位在鼻段60之内，高压气流冲击210穿透或邻近真空气流210。在这点上，高压气流冲击210能从被清洁表面搅动至少一些微粒物质，并且真空气流110去除微粒物质并且将它捕获在过滤组件50中。这允许经由非接触的技术从表面或物品去除微粒物质。
在一些具体实现中，任选的低压空气帘输出气流同心地围绕真空气流并且限定布置在最外面的气流用以将被搅动的灰尘和碎屑包含在它的周边之内。无论如何，装置7从表面或物体去除灰尘或碎屑，而从不触及、接触、或移动这种表面或物体，相对减少使用者执行各种家庭除尘或除屑作业所需要的时间。然而，一些实施方式包括至少一个用于从被清洁表面机械地搅动微粒物质的附件，使得如果需要，使用者也能在不触及技术之外使用装置7允许的接触式清洁技术。
现在参考图20和21，例如通过构造各个开口136能调整或确定空气帘出口35的总体性能特性，使得空气帘以大约45度，可选地以大约30-55度，可选地以大约25-60度的角度朝着被清洁表面从鼻段60流出，然后朝着真空入口105紧密地向内卷曲。在这种结构中，鼻段60喷出向内地卷动的空气帘140，其首先同心地向外和向下流动，并且然后在被清洁表面处或其附近改变方向。
尽管改变方向，气流朝着鼻段60向内地和向上地卷曲，使得空气帘140和真空气流110大体上彼此密切接触。因此，装置7的低压气流能被相对紧紧地限定或限制为邻近鼻段60的周边，由此任选的输出空气帘140能被快速地内旋回到鼻段60中，并且从它的从鼻段60流出的点处优选为在小于大约4英寸，可选地小于大约5英寸，可选地小于大约6英寸的距离内。这构成带有相对成角度地展开的和内旋的气流段，举例来说，空气帘140和真空气流110的低压气流模式。
应当指出，对于结合了空气帘140的实施方式，如果装置7被长时间地保持在恒定的位置处，低压气流能至少部分地变成空气循环体积，举例来说，从鼻段60的低压风扇40的输出测流动，通过出口135和开口136流出的体积。空气体积然后将朝着鼻段60向内地卷曲回来并且通过真空入口105进入鼻段60，然后通过鼻段60的剩余部分，通过过滤组件50，并且然后被吸入到低压风扇40的进口侧。
尽管上面已经披露了完成本发明的发明人设想的最好模型，本发明的实行不限于此。在不背离根本的发明概念的精神和范围的情况下，显然地可以对本发明的特征进行各种增加、修改和重新排列。而且，当装置7被用在相对低的表面，举例来说，地面或其它面上时，它可以进一步包括轮子或适于滑动，并且也具有允许使用者直立同时从这种低表面去除微粒物质的细长把手。
而且，单独的部件不需要被制成所披露的形状或被组装成所披露的结构，而是实际上能被提供成任何形状，以及被组装成任何结构。而且，各个披露的实施方式的所有披露的特征能被与每一个其它披露的实施方式的所披露的特征组合或被每一个其它披露的实施方式的所披露的特征组合代替，除非这种特征是互相排斥的。
意在附属的权利要求覆盖所有这种增加、修改和重新排列。附属的权利要求区分了本发明的有利的实施方式。

Claims (26)

1.一种用于从待清洁表面搅动和捕获微粒物质的手持式便携装置，所述手持式便携装置包括：
外壳；
从所述外壳延伸的把手；
鼻段，所述鼻段从所述把手远离地延伸；
装在所述外壳中用于产生真空气流的风扇，所述真空气流进入所述鼻段并且限定在所述待清洁表面上和邻近所述待清洁表面的真空影响区；和
装在所述外壳中用于产生高压气流的高压***，所述高压***包括高压压缩机、高压分配阀、和至少一个高压喷嘴，所述高压气流从所述鼻段流出并且接触所述待清洁表面；
其中所述高压气流从所述待清洁表面搅动至少一些微粒物质，用以通过真空气流捕获并且相应地允许非接触地从所述待清洁表面去除微粒物质；和
装在所述外壳中的马达和齿轮箱子组件，所述子组件驱动所述风扇和所述高压***。
2.如权利要求1所述的手持式便携装置，其中以超声速喷出所述高压气流。
3.如权利要求2所述的手持式便携装置，其中以一系列离散脉冲喷出所述高压气流。
4.如权利要求3所述的手持式便携装置，其中从彼此间隔开的多个高压喷嘴喷出所述离散脉冲。
5.如权利要求4所述的手持式便携装置，其中所述多个高压喷嘴沿着所述鼻段的长度尺寸彼此间隔开。
6.如权利要求1到5中任一项所述的手持式便携装置，其中所述手持式便携装置的重量小于2磅。
7.如权利要求1到5中任一项所述的手持式便携装置，其中所述手持式便携装置包括用于从所述待清洁表面机械地搅动微粒物质的至少一个附件。
8.如权利要求7所述的手持式便携装置，其中用于从所述待清洁表面机械地搅动微粒物质的所述至少一个附件是一次性使用的布。
9.如权利要求7所述的手持式便携装置，其中用于从所述待清洁表面机械地搅动微粒物质的所述至少一个附件是除尘布。
10.如权利要求1到5中任一项所述的手持式便携装置，其中(i)主真空入口端口限定用于所述真空气流进入所述鼻段的通道，所述真空气流限定在所述待清洁表面上的真空影响区，和(ii)所述手持式便携装置包括从所述主真空入口端口移位的辅助真空入口端口。
11.如权利要求10所述的手持式便携装置，其中所述鼻段的至少一部分是可拆卸的，用以暴露所述辅助真空入口端口以便使用。
12.如权利要求1到5中任一项所述的手持式便携装置，其中所述鼻段喷出低压气流，该低压气流在所述真空气流外侧且至少部分地包含所述真空气流，影响在所述待清洁表面上的真空影响区。
13.如权利要求12所述的手持式便携装置，其中所喷出的低压气流夹带有化学清洁剂。
14.如权利要求12所述的手持式便携装置，其中所喷出的低压气流夹带有香味剂。
15.如权利要求1到5中任一项所述的手持式便携装置，其中所述手持式便携装置包括辅助高压喷嘴，所述辅助高压喷嘴选择性地喷出不穿透真空气流的目标高压气流，用以将目标高压气流引到所述待清洁表面上的特定期望位置。
16.一种用于从待清洁表面搅动和捕获微粒物质的手持式便携装置，所述手持式便携装置包括：
外壳；
从所述外壳延伸的把手；
鼻段，所述鼻段从所述把手远离地延伸；
装在所述外壳中用于产生真空气流的风扇；
设置在所述鼻段中的主真空入口端口；
装在所述外壳中用于产生高压气流的高压***，所述高压***包括高压压缩机、高压分配阀、和设置在所述鼻段中的至少一个高压喷嘴，
其中所述高压喷嘴和所述主真空入口端口分别相反地喷出和吸入(i)高压喷出气流，和(ii)低压真空气流，使得所述高压喷出气流从待清洁表面搅动至少一些微粒物质并且所述低压真空气流捕获至少一些被搅动的微粒物质，相应地允许从待清洁表面非接触地去除微粒物质；和
装在所述外壳中的马达和齿轮箱子组件，所述子组件驱动所述风扇和所述高压***。
17.如权利要求16所述的手持式便携装置，其中所述鼻段喷出低压气流，该低压气流在所述低压真空气流外侧并且至少部分地包含所述低压真空气流。
18.如权利要求17所述的手持式便携装置，其中喷出的低压气流的流速选择性地变化。
19.如权利要求16到18中任一项所述的手持式便携装置，其中以一系列离散脉冲喷出所述高压喷出气流。
20.如权利要求16到18中任一项所述的手持式便携装置，其中视觉指示器示出了所述高压喷嘴在鼻上的位置。
21.如权利要求20所述的手持式便携装置，其中所述视觉指示器被设置在所述鼻段的上表面上。
22.如权利要求20所述的手持式便携装置，其中所述视觉指示器是延伸到所述鼻段的上表面中的凹陷。
23.如权利要求20所述的手持式便携装置，其中所述视觉指示器是从所述鼻段发出的光。
24.如权利要求23所述的手持式便携装置，其中发光二极管产生所述视觉指示器。
25.一种用手持式便携装置非接触地去除微粒物质的方法，所述方法包括：
产生真空气流；
朝向其上积有微粒物质的待清洁表面定向真空气流，将空气吸入到所述手持式便携装置中；
压缩装填的空气；
产生高压气流；
将高压气流引导到分配阀；
将从所述手持式便携装置流出的高压气流输出为穿过所述真空气流；
用所述高压气流从所述待清洁表面搅动至少一些微粒物质；和
将至少一些被搅动的微粒物质夹带到真空气流中；
其中在其间没有接触的情况下通过手持式便携装置从所述待清洁表面去除和收集至少一些微粒物质。
26.如权利要求25所述的非接触地去除微粒物质的方法，其中以超音速喷出所述高压气流。
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