ES2228893T3

ES2228893T3 - Separador de aire/particulas mejorado.

Info

Publication number: ES2228893T3
Application number: ES01945517T
Authority: ES
Inventors: John Herbert North
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2005-04-16
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: DE60105810T2; GB2399308A; DE60105810D1; GB2404888B8; EP1516574A3; US6936095B2; EP1516574A2; US20040103785A1; EP1299024A1; GB0400226D0; GB2404888A8; EP1299024B1; WO2002003845A1; GB2399308B; GB0425692D0; AU2001267732A1; ATE276699T1; GB2404888B; GB2404888A

Abstract

Separador de partículas del aire, de varias etapas, que comprende: (1) una primera etapa que incluye una cámara cilíndrica (22), de uno de cuyos extremos se extiende internamente un elemento central (50), que tiene unas aberturas (53) en la pared del mismo, lejos de dicho extremo; (2) una entrada de aire (14) en la pared de la cámara, por la que entra en la cámara aire cargado de partículas, tangencialmente en la proximidad del citado extremo; (3) una segunda etapa de separación del polvo / aire (38), (40), a la que puede pasar aire procedente de la cámara de la primera etapa, a través de las aberturas en la pared del elemento central; (4) un dispositivo de succión (10) para inducir la corriente de aire desde la primera etapa a la segunda; (5) una región colectora de partículas en el extremo de la cámara (22), lejos del extremo mencionado, en cuyo interior migran las partículas al ser separadas del aire que se introduce en el elemento central; (6) la parte del elemento central (50), adyacente al citado extremo de la cámara (22), no tiene aberturas y define, en combinación con la cámara cilíndrica, una región anular (18), adyacente a la entrada de aire (14) de la misma; (7) la región anular (18) en torno a la región sin aberturas del elemento central y la corriente de aire que entra tangencialmente, se combinan para formar un remolino dentro de la cámara, de modo que el aire entrante se convierte en una masa rotatoria de aire en la cámara, en el mencionado extremo de la misma, por lo que la fuerza centrífuga hace que las partículas más pesadas que el aire contenidas en el aire entrante migren hacia las regiones exteriores de la cámara, causando la succión una migración axial de la masa rotatoria de aire desde el citado extremo de la cámara hacia el otro extremo de la misma, caracterizado porque (8) la región con aberturas (52) del elemento central es una bóveda hemisférica y tronco-cónica hueca, que se extiende desde la región sin aberturas (50) de la misma hacia el otro extremo citado de la cámara (22).

Description

Separador de aire / partículas mejorado.

Ámbito de la invención

La invención se refiere a separadores que separan un material de otro en base a sus densidades relativas. En un contexto doméstico, una aspiradora con extractor es un separador para separar la suciedad y las partículas de polvo del aire. En los procesos industriales y comerciales, en los laboratorios así como en entornos clínicos y de hospitales, se utilizan dispositivos similares para separar el material en partículas de los fluidos - por lo general aire o mezcla gaseosa; material en partículas de los líquidos; o un líquido de otro. En particular, aunque no de forma exclusiva, la invención se puede aplicar a aspiradoras, en las que se instalan uno o más extractores dentro del aparato para separar, de forma eficiente, las partículas de polvo y de suciedad de una corriente de aire entrante.

Antecedentes de la invención

A lo largo de los años, se han ido desarrollando varios diseños de aspiradoras. La aspiradora convencional aspira aire cargado de polvo a través de un contenedor de tela o de papel, en el que se retienen todas las partículas con un tamaño mayor que el tamaño del poro del material que forma la pared del contenedor.

Las partículas más finas pasarán a través de la pared porosa y se disponen uno o más filtros antes de llegar a la fuente de vacío (por lo general, un ventilador eléctrico o una turbina, accionados por motor), para interceptar estas partículas finas y evitar que se recirculen en el entorno del que se han eliminado, por succión principalmente.

Estos filtros quedarán eventualmente obstruidos y tendrán que limpiarse y/o sustituirse. No obstante, mucho antes de llegar a ésta situación, la obstrucción parcial del o de los filtros reducirá el paso del aire a través de los mismos.

La patente EP-A- 0489565 ilustra un separador de partículas, en el que se ha dispuesto un extractor para separar partículas de la corriente de aire entrante. Las partículas se recogen en partes separadas de una tolva. El extractor de separación se encuentra en la cámara de separación, que utiliza un elemento tronco-cónico, situado en el centro de una cámara, por lo general cilíndrica, que constituye un iniciador de remolino. Las aberturas en una extensión cilíndrica del iniciador de remolino tronco-cónico permiten que el aire limpio pase y salga de la cámara de separación. Se ha visto que ésta disposición es inferior a la propuesta por la presente invención.

Objetos de la invención

Uno de los objetivos de la presente invención es ofrecer un método mejorado y un aparato para separar partículas finas de una corriente de mezcla gaseosa, como aire, o un fluido, establecida por succión.

Un segundo objetivo de la invención es proporcionar un método para la separación de partículas y un aparato, en el que la eliminación de partículas de una corriente de aire es de tal índole que aumenta la vida útil del filtro final, que se suele disponer delante del dispositivo generador de succión en una aspiradora.

Definición

En el siguiente texto y en, las reivindicaciones (salvo cuando el contexto no lo admita), las referencias al aire se tienen que interpretar como referencias a cualquier fluido, gaseoso o líquido, y cuando se habla de partículas, se trata de material en partículas o de tipo fibroso, que tiene una mayor densidad que la del fluido.

Resumen de la invención

Según la presente invención, un separador de partículas por aire de varias etapas para separar las partículas del aire cargado de partículas comprende:

(1) una primera etapa que incluye una cámara cilíndrica, de uno de cuyos extremos se extiende internamente un elemento central, que tiene unas aberturas en la pared del mismo, lejos de dicho extremo;

(2) una entrada de aire en la pared de la cámara, por la que entra en la cámara aire cargado de partículas, tangencialmente en la proximidad del citado extremo;

(3) una segunda etapa de separación de polvo / aire, a la que puede pasar aire procedente de la cámara de la primera etapa, a través de las aberturas en la pared y hueco interior del elemento central;

(4) un dispositivo de succión para inducir la corriente de aire desde la primera etapa a la segunda;

(5) una región colectora de partículas en el extremo de la cámara, lejos del extremo mencionado, en cuyo interior migran las partículas al ser separadas del aire que se introduce en el elemento central;

(6) una parte sin aberturas de la pared del elemento central, adyacente al citado extremo de la cámara, que define una región anular en la cámara, adyacente a la entrada de aire de la misma; y

(7) la región sin aberturas del elemento central y la corriente de aire que entra tangencialmente, se combinan para formar un remolino dentro de la cámara, de modo que el aire entrante se convierte en una masa rotatoria de aire en la cámara, en el mencionado extremo de la misma, por lo que la fuerza centrífuga hace que las partículas más pesadas que el aire contenidas en el aire entrante migren hacia las regiones exteriores de la cámara, causando la succión una migración axial de la masa rotatoria de aire desde el citado extremo de la cámara hacia el otro extremo de la misma, caracterizado porque

(8) la región con aberturas del elemento central es una bóveda hemisférica y tronco-cónica hueca, que se extiende desde la región sin aberturas de la misma hacia el otro extremo citado de la cámara.

La invención ofrece, por consiguiente, un método para separar partículas de aire cargado con partículas, mediante un separador de varias etapas, como el reivindicado aquí, en el que la primera etapa comprende una cámara generalmente cilíndrica, que tiene un elemento central hueco, que se extiende axialmente desde un extremo del mismo y que incluye unas aberturas en la pared del elemento central lejos del citado extremo, y en el que la separación de la primera etapa se consigue introduciendo aire tangencialmente dentro de la cámara cerca del extremo mencionado de la misma, estableciendo la entrada tangencial en combinación con una región sin aberturas de la pared del elemento central, estableciendo una masa rotatoria de aire en la cámara, que hace que las partículas más pesadas que el aire migren hacia las regiones exteriores de la cámara bajo la acción de la fuerza centrífuga estableciendo una migración axial de la masa rotatoria de aire al aplicar succión al interior del elemento central para producir un movimiento axial del aire a través de la cámara antes de que pueda salir por las aberturas en la pared hemisférica o tronco-cónica del elemento central, y seleccionando la fuerza de succión de modo que las partículas cercanas a las paredes de la cámara tiendan a seguir una trayectoria progresiva, generalmente rotacional y axial, hacia el interior de la región de recogida de partículas de la cámara, mientras que el aire relativamente libre de partículas será aspirado radialmente hacia el interior, al seguir progresando axialmente, de forma que sale a una segunda etapa de separación, a través de las aberturas en la pared hemisférica o tronco-cónica del elemento central.

De preferencia, un costado se extiende desde el elemento central, más allá de la región que contiene las aberturas en la pared del mismo, para definir un intervalo angular estrecho entre el costado y la pared de la cámara, de forma que se evite que las partículas en la región de recogida del polvo que, debido a la turbulencia, puede elevarse en la región hacia el elemento central, lleguen a las aberturas del mismo, a no ser que migren radialmente hacia el exterior para pasar a través del intervalo anular estrecho en el sentido contrario de la corriente de las partículas entrantes.

De preferencia, se dispone una brida anular en torno al elemento central entre las regiones con aberturas y las sin aberturas de la pared del mismo, con el fin de hacer que salga el remolino de aire en rotación dentro de la cámara alejándose del elemento central al progresar a lo largo de la cámara.

De preferencia, las partículas separadas en la última etapa de separación son transportadas hasta una región de recogida de partículas, a través de un paso que se extiende por el elemento central de la primera etapa.

De preferencia, el paso comunica con la región de recogida de partículas de la cámara cilíndrica de la primera etapa a través de un dispositivo de válvulas que está cerrado mientras el aire pasa a través del aparato, y se abre una vez que el aire ha dejado de pasar para permitir que las partículas recogidas, corriente arriba de la válvula, pasen al interior de la región de recogida de partículas de la cámara de la primera etapa.

El dispositivo de válvulas puede comprender una válvula de bola, en la que la bola se eleva para cerrar la válvula por medio de la corriente de aire establecida a través del aparato por el efecto de succión.

Si la válvula está cerrada, es preferible que la distancia axial entre el elemento de salida del paso en el elemento central y la bola sea del orden de 52 mm.

El dispositivo de válvula puede incluir un elemento de cierre que se mantiene abierto por medio de unos muelles.

El elemento de cierre puede comprender un vástago para reducir la longitud axial del alojamiento de la válvula, y en este caso, el vástago puede incluir una placa plana, que se acerca y se aleja del extremo de salida del paso central al moverse el vástago entre las posiciones cerrada y abierta. En ésta disposición, la distancia entre la placa y el extremo de salida del paso central, cuando la válvula está cerrada, suele ser del orden de 4 mm.

El paso que transporta las partículas separadas en una etapa de separación ulterior a través del elemento central puede comunicar por el contrario con una región que recoge partículas, separada de la región recogedora de partículas de la primera etapa, de forma que las partículas separadas por la primera etapa se recogen por separado de las partículas separadas por la última etapa, del separador de etapas múltiples.

En una disposición de éste tipo, la región colectora de partículas separadas puede estar formada por un elemento tubular, que se extiende en el centro de la cámara desde el extremo inferior del elemento central mencionado, acoplándose con el extremo más alejado de la cámara, con el fin de definir con la pared del extremo más alejado de la cámara una región anular que comprende la región colectora de partículas de la primera etapa y una región interior separada para recoger partículas de la etapa ulterior.

El elemento tubular puede separarse de la pared final de la cámara.

En cualquier caso, la cámara cilíndrica puede constar de dos partes, una primera parte que comprende una región cilíndrica, que rodea el elemento central, que se extiende axialmente prácticamente con la misma extensión que el citado elemento central, y una segunda parte, que puede unirse y alinearse axialmente con la primera parte para formar un recinto y que incluye un extremo cerrado, en el que se acopla el extremo libre del elemento tubular para formar la cámara colectora de polvo separada.

En cualquiera de las disposiciones del aparato vistas hasta ahora, hay un paso que se extiende convenientemente a través del elemento central, desde las aberturas en la pared del mismo hasta entrar en una segunda cámara cilíndrica, que forma parte de una segunda etapa de separación, a través de la cual pasan el aire y las posibles partículas restantes de la primera etapa a la segunda. La segunda cámara cilíndrica está situada, por supuesto, corriente abajo de la primera cámara y suele estar ubicada más allá del extremo mencionado de la primera cámara, alejada de la región colectora de polvo de ésta última.

De preferencia, la entrada a la segunda cámara cilíndrica hace que el aire entre tangencialmente en la cámara y ésta cámara incluye un elemento central hueco que se extiende axialmente por lo menos en parte de su longitud, desde el extremo del mismo lo más lejos de la primera cámara.

El extremo libre del elemento central hueco puede incluir por lo menos una abertura, como salida para el aire y las posibles partículas restantes que salen de la segunda cámara. Alternativamente, el extremo libre del elemento central hueco está cerrado, pero la pared del elemento central tiene unas aberturas en el mismo, a través de las cuales pueden salir de la mencionada segunda cámara el aire y las posibles partículas restantes.

El elemento central de la segunda cámara comprende convenientemente un iniciador de remolino para el aire que entra en la segunda cámara.

La entrada en la segunda cámara está de preferencia cerca del extremo de la misma, que está en el punto más alejado de la primera cámara.

Se puede disponer una brida helicoidal, que sobresale del elemento central, obligando de este modo al aire que circula por la segunda cámara a describir una trayectoria helicoidal al pasar de un extremo a otro de la cámara. La brida helicoidal puede comprender menos de una vuelta completa o una vuelta completa, más de una vuelta o una pluralidad de vueltas completas.

En la segunda cámara, puede haber una turbina giratoria que gira en torno al eje de la cámara, y las hojas de la turbina están alineadas respecto de la entrada en la segunda cámara, de modo que la corriente de aire que entra tangencialmente produce la rotación de la misma. La turbina puede comprender por lo menos dos secciones espaciadas axialmente, con las hojas de una sección desfasadas con respecto a las hojas de la otra.

La turbina puede afianzarse a dicho elemento central hueco y éste último puede girar dentro de la segunda cámara, y gira con la turbina.

La mencionada segunda cámara incluye, preferentemente, una primera región, generalmente cilíndrica, y una segunda región, que se extiende axialmente desde la misma, que es tronco-cónica y cuyo diámetro se reduce progresivamente desde el de la región cilíndrica en una dirección que se aleja de la misma. El ángulo comprendido por el cono del que la superficie tronco-cónica forma parte suele oscilar entre 100° y 140°, y tiene de preferencia 120°.

La segunda cámara incluye, de preferencia, una tercera región, que se extiende axialmente más allá de la primera región tronco-cónica, que es también tronco-cónica, pero en la cual el diámetro se reduce progresivamente de forma más lenta con la distancia axial respecto de la región cilíndrica, de lo que lo hace el diámetro de la primera región tronco-cónica.

El aparato puede incluir una tercera etapa de separación, situada corriente abajo de la segunda etapa, para separar las partículas restantes en la corriente de aire que pasan de la segunda etapa a la tercera.

Por lo general, el paso central de la segunda etapa comunica con la tercera etapa para dejar que el aire pase de la segunda etapa a la tercera.

Por lo general, la tercera etapa es por lo tanto una cámara generalmente cilíndrica, y convenientemente el aire entra en la tercera etapa, por lo general por el centro de un extremo de la cámara y la cámara de la tercera etapa incluye un elemento central hueco, y una primera salida en la pared del elemento central y una segunda salida en la pared de la cámara. Se dispone de preferencia un deflector en la tercera etapa, para hacer que el aire que entra en la cámara se mueva radialmente hacia el exterior, de modo que las partículas restantes en la corriente de aire se desplacen radialmente y se alejen del centro de la cámara y axialmente de la primera salida, para entrar en la segunda salida.

El deflector comprende, convenientemente, un extremo inferior cónico del elemento central, en la tercera etapa, cuyo vértice apunta hacia la corriente de aire entrante.

Puede extenderse una hélice en torno al elemento central para imprimir un movimiento rotacional y axial a la corriente de aire a través de la tercera etapa.

En este caso, la segunda etapa está convenientemente situada axialmente más allá del extremo de salida de la hélice.

Independientemente de las características de la cámara de la tercera etapa, la primera salida comprende convenientemente una pluralidad de pequeñas aberturas en la pared del elemento central, en la tercera etapa.

En una disposición preferida, la tercera etapa incluye un elemento central giratorio hueco, accionado por la turbina en la segunda etapa, para imprimir un movimiento giratorio a la corriente de aire que entra en la tercera etapa y hacer de este modo que las partículas que permanecen en el aire entren en la tercera etapa, migrando exteriormente bajo la acción de la fuerza centrífuga, y una segunda salida, en la tercera etapa, está situada de forma que recoge las partículas que vuelven a una etapa de separación anterior, y se ha dispuesto una primera salida en el extremo opuesto de la cámara en el que entra el aire de forma que, después de haberse imprimido un movimiento giratorio al aire, tiene que cambiar de dirección y moverse axialmente por la cámara antes de poder salir por la primera salida.

Independientemente de que se incluya o no un elemento giratorio, la segunda salida comunica de preferencia, por medio de un paso, con una segunda entrada en la pared de la cámara de la segunda etapa, y de preferencia, esta segunda salida en la pared de la segunda etapa hace que el aire que entra en la cámara de la segunda etapa lo haga tangencialmente a la cámara y en la misma dirección en que está girando ya el aire en la cámara de la segunda etapa. En la práctica, se ha visto que la rotación del aire en la segunda cámara genera un efecto de succión en la segunda entrada (alimentada con aire desde la tercera cámara), efecto de succión que es por lo menos tan grande como el efecto de succión en la primera salida de la tercera etapa.

En todas las realizaciones de la tercera etapa, un manguito o gasa con aberturas rodea, de preferencia, por lo menos parte del elemento central en la tercera etapa, para reducir la probabilidad de que las partículas que han sido desviadas, vuelvan para salir de la tercera etapa a través de la primera salida.

Se puede disponer un dispositivo de detección de nivel en la región o en cada región colectora de partículas, para activar una alarma y/o interrumpir el funcionamiento del dispositivo productor de succión, en el caso de que las partículas recogidas excedan de cierto volumen.

En las figuras adjuntas, se ilustran diversas realizaciones del aparato de separación de partículas que se describirá ahora, la mayoría de las cuales incorporan la presente invención.

En la figura 1, un ventilador o turbina, accionado por un motor eléctrico (10) proporciona una fuente de succión en el extremo superior del paso (12) para extraer aire a través de las diversas etapas del aparato, tal como se describirá, desde un paso de entrada (14).

En el caso de una aspiradora doméstica o comercial (14), estará conectada a una manguera (no mostrada) que tendrá un cabezal colector de polvo de diseño conocido (no mostrado) en su extremo más alejado. La última parte de la manguera puede ser rígida, en la forma conocida.

En el caso de un dispositivo para separar partículas del aire de aparatos, como en el laboratorio o en entornos industriales o comerciales, la entrada (14) se conectará al recinto desde el que se va a extraer el aire cargado de polvo/partículas.

Se puede colocar un filtro (16) (que puede ser removible para la limpieza o la sustitución) justo delante de la fuente de succión (10), aunque en algunas realizaciones, se puede prescindir de ello a la vista de la elevada eficacia de estas realizaciones para eliminar partículas del aire entrante.

El paso de entrada (14) introduce aire en el extremo superior (18) de una cámara cilíndrica de dos partes (20), (22), unidas entre sí en (24), aunque se pueden separar para que las partículas recogidas de la corriente de aire se puedan evacuar.

Las partículas se recogen en una primera etapa de separación (que se produce dentro de (20), (22) en el espacio anular (26), en el extremo inferior de (22), formado por un alojamiento central hueco, tronco-cónico (28) que se extiende en el centro de (20), (22) para acoplarse en torno a una plataforma circular (30) que se levanta del extremo cerrado, lo plano (32) de (22). El espacio dentro de (28) sirve de segunda región colectora de partículas, para retener las partículas separadas de la corriente de aire por una segunda etapa de separación (que se describirá).

El extremo superior de (20) está cerrado en (34), aunque comprende una abertura circular central (36), a través de la cual puede pasar una extensión tronco-cónica (38) de una segunda cámara cilíndrica (40) hacia abajo. Un espacio anular (42) entre la pared de la abertura (36) y la extensión (38) permite que salga el aire (20), (22) y pase al interior de un colector anular (44), desde el cual puede pasar a través de un paso (mostrado en (46) mediante una línea de puntos) a una puerta de entrada (48) en el extremo superior de la cámara (40).

La entrada (48) introduce aire en el interior de (40) de forma tangencial, de modo similar al que (14) introduce aire en la región en el extremo superior de (20), (22).

En el centro de (18), se extiende un collarín (50), axialmente descendente hacia (20), cuyo interior comunica con la abertura (36) en el extremo (34) de (20). El collarín es, por lo general, cilíndrico y termina en una bóveda parcialmente semiesférica (52), que se extiende hacia abajo y rodea la extensión tronco-cónica (38) donde se une herméticamente en (54). Desde la junta (54), se extiende un costado (56), que es también por lo general parcialmente hemisférico y abierto en su extremo inferior.

La bóveda (52) está perforada con un gran número de orificios muy pequeños (53). El costado no está perforado.

Durante el funcionamiento, el chorro de aire que entra tangencialmente a través de (18) impulsa una masa giratoria de aire en torno a (50), que sólo puede salir por los agujeros (53), desplazados axialmente de la región en la que se introduce el aire. Esto hace que la masa giratoria de aire migre axialmente al girar, produciendo un remolino dentro de (20), (22) y las partículas más pesadas que el aire serán arrojadas hacia la pared cilíndrica de la cámara (20). Las partículas migrarán axialmente con el remolino y una vez que estén en una trayectoria espiral descendente, tenderán a seguir bajando de este modo axialmente por la cámara (20), (22), a través del intervalo anular comprendido entre el costado (56) y el interior de (22).

Una vez que las partículas están debajo del costado (56), su tendencia a volver a migrar hacia arriba en la cámara es reducida, incluso si existe una turbulencia debajo del costado, y tenderán a congregarse en la región anular (26).

Por lo tanto, aunque el aire que entra en (18) pueda estar cargado con partículas más pesadas que el aire (polvo, cabellos, gravilla y similares, en el caso de una aspiradora), muchas de éstas partículas serán separadas del aire antes de pasar a través de las aberturas (53) en la estructura de bóveda invertida (52). Por consiguiente, el aire que pasa a través de (42) y por (44), (46) y (48) hacia el extremo superior de la segunda etapa de separación, tendrá muchas menos partículas que el que entra en (14).

Según lo indicado anteriormente, la succión se aplica a la parte superior del paso (12), formado por un alojamiento hueco, generalmente cilíndrico (58), que se extiende axialmente respecto de la cámara cilíndrica (40) para terminar cerca de su extremo inferior.

El extremo inferior del alojamiento (58) está cerrado en (60) pero en torno a éste extremo cerrado, la pared de (58) está perforada y presenta un gran número de agujeros pequeños (62), de modo que la succión aplicada en (12) hará que el aire sea aspirado desde el interior de (40) hacia el interior de (58) para pasar axialmente a través del mismo en sentido ascendente.

Esta succión hace que el aire sea aspirado hacia el interior desde (44), a través de (48), estableciendo de este modo la corriente de aire a través de las cámaras y el paso (46), desde la entrada (14) hasta el dispositivo de succión (10). Éste último comprende una salida, a través de la cual puede salir al exterior el aire eliminado del aparato.

La superficie externa del extremo superior del alojamiento (58) es tronco-cónica, y en combinación con la corriente tangencial de aire entrante, crea una masa giratoria de aire en torno al alojamiento (58), que, debido a que tiene que pasar axialmente hacia abajo del alojamiento (40) antes de salir a través de los agujeros (62), se convierte en un remolino que se va acelerando al llegar al extremo inferior de la región cilíndrica de (40) debido a una reducción tronco-cónica repentina en la sección transversal interna de (40), designada (64). La aceleración aumenta las fuerzas centrífugas que actúan sobre las partículas más pesadas que el aire, respecto de las moléculas de aire, haciendo que dichas partículas sigan moviéndose hacia abajo en espiral, y acelerando en la forma en que lo hacen debido a la sección transversal tronco-cónica del interior de la extensión (38) de la cámara (40).

Las partículas se mueven en espiral hacia abajo, hacia el interior (66) del alojamiento (28), donde tienden a permanecer.

Si la corriente de aire a través de (40) es lo suficientemente alta, el remolino de aire giratorio y axialmente descendente puede desviarse prácticamente de las aberturas (62) en la pared de (58) y seguir transportando hacia abajo las partículas en la corriente de aire en espiral. En algún punto, el efecto del extremo cerrado (30) y de la sección transversal ampliada del alojamiento (28) hará que la masa de aire giratoria invierta su sentido y empiece a ascender por el centro de la espiral descendente del aire que pasa a través de (38) y (28), aunque, para hacerlo, la repentina deceleración y aceleración de las moléculas de aire al cambiar de dirección, serán en general demasiado repentinas para permitir que las partículas más pesadas que el aire, presentes en la corriente de aire, sigan el mismo camino tortuoso que sigue el aire, y dichas partículas serán separadas de la corriente de aire y permanecerán atrapadas en (28).

Al terminar las dos etapas de separación, prácticamente todas las partículas más pesadas que el aire permanecen en (26) o (28), y el aire libre, en gran parte, de partículas pasará a través de (12) y (10).

Se puede mejorar la separación en la primera etapa, disponiendo una brida anular (68) en torno al collarín (50), en la unión entre las secciones de pared perforada y no perforada. Esto sirve para acelerar la masa giratoria de aire justo antes de que alcance la región perforada (52), obligando de este modo a las partículas más pesadas que el aire a migrar radialmente incluso más allá del collarín.

El efecto se refuerza todavía más extendiendo la periferia de la brida (68), de modo axial, para formar un labio cilíndrico (70) que se extiende en la dirección del movimiento del remolino en la cámara (20), (22).

El diámetro del collarín (50) suele ser del orden de 5 - 8 cm y la extensión radial de la brida será del orden de 1 cm y el labio se puede extender axialmente desde la brida, a una distancia similar del orden de 1 cm.

El separador se puede utilizar para separar partículas del aire que contiene, por lo tanto, gotitas de líquido, como agua. La presencia de la brida (68) y el labio (70) reduce el riesgo de que las gotitas líquidas sean arrastradas por el aire que sale a través de los agujeros (52) ya que, al igual que ocurre con las partículas más pesadas que el aire, se verán obligadas a adoptar una alta velocidad giratoria para pasar alrededor de la brida (68), y por consiguiente, serán desplazadas incluso más lejos por la fuerza centrífuga desde las regiones interiores de la cámara (20), (22).

La figura 2 ilustra un separador alternativo de dos etapas, en el cual la corriente de aire se establece de forma similar a la figura 1, desde la entrada (14) hasta el dispositivo de succión (10), y se utilizan los mismos números de referencia para designar las partes comunes en ambas disposiciones.

La principal diferencia operativa es la menor longitud del alojamiento (58) y la eliminación del extremo cerrado (60) y las aberturas (62). El extremo inferior de (58) está ahora abierto en (59).

En segundo lugar, la extensión tronco-cónica (38) del alojamiento (40) converge ahora más acusadamente, para definir un cuello diametral pequeño (39), por debajo del cual la extensión invierte la configuración tronco-cónica para formar un extremo abocinado (41), que termina en una región cilíndrica (43). Desde por debajo de (43) (aunque no se muestra como tal), se puede utilizar la configuración de dos tolvas de la figura 1, de modo que las partículas procedentes de (43) caigan al interior de una región (66) y las que se encuentran en torno al costado (56), dentro de una región anular (26). Como se puede ver, se puede utilizar una sola tolva o válvula. Por consiguiente, tal como se puede apreciar, el extremo inferior de (43) tiene forma de jaula (45) para una bola de poco peso (47) que, cuando se establece la corriente de aire, es empujada hacia arriba para cerrar el extremo inferior de (43) (tal como se muestra en línea de puntos), teniendo la unión entre (43) y (45) un diámetro reducido para formar un asiento de válvula. El extremo inferior de (45) está parcialmente taponado para retener la bola.

En la figura 2 también se muestra un micro interruptor (72) que tiene un brazo de accionamiento (74), de tal modo que, cuando el material de partícula en la cámara (20), (22) tiene una altura suficiente para elevar el brazo (74), se acciona el interruptor y se activa una alarma (audible o visible, o ambas) (no mostrada) y/o la alimentación de la fuente de succión (10) (por ejemplo corriente al motor del ventilador) se corta para evitar su funcionamiento ulterior hasta que se ha vaciado la cámara (20), (22).

El interruptor detector de nivel puede montarse en la realización de la figura 1 si se desea y se puede colocar uno en el espacio (66) y otro en el espacio (26), o uno en el espacio que, según indique la experiencia es el primero en llenarse. Por lo general, se tratará de la región anular (26).

Se consigue una mejor separación en la cámara (40) si se extiende el alojamiento (58) y se le da forma cónica para que se introduzca en el extremo superior de (38), como se muestra en (58'), figura 2A.

La figura 3 ilustra otro separador alternativo de dos etapas, similar al de la figura 1 (y por consiguiente, se utilizan los mismos números de referencia), en el cual se ha incorporado una válvula, como la figura 2, aunque se trata de un tipo de válvula distinto del mostrado en la figura 2. La válvula se muestra ahora con más detalle en la figura 4, y comprende un vástago cónico (74) en el extremo inferior de un husillo (76), en cuyo extremo superior se encuentra una corona (78). Un asiento de válvula (80) retiene una junta tórica (82), contra la cual se aprieta la superficie cónica del vástago (74), para cerrar la válvula una vez que se ha establecido la corriente de aire a través del aparato. El husillo (76) se extiende a través del vástago y se desliza, recibiéndose en una guía (82) en un elemento transversal (84) que se extiende por el extremo inferior abierto del alojamiento (45). El extremo transversal (84) y la guía (82) se muestran en la vista parcial de la figura 4A.

Las partículas pueden descender y pasar a través del extremo abierto del tubo (38) durante el funcionamiento, y permanecer por encima del vástago (74) hasta que termina la corriente de aire, y entonces el vástago desciende y las partículas pueden caer dejando atrás la superficie cónica del vástago y alrededor del elemento transversal (84) hasta la tolva común (22).

Puede disponerse un resorte (no mostrado) entre la superficie cónica (74) y el extremo superior del recinto (86) (o entre la corona (78) y el extremo (86), de forma que en cuanto desciende la corriente de aire, la válvula vástago se abre bajo la acción del resorte.

La figura 5 muestra una disposición similar a la de la figura 1 (y se han utilizado por lo tanto números de referencia similares para designar componentes similares). Las partículas se recogen en dos tolvas, como la figura 1, por lo que no se necesita ninguna tolva como la mostrada en las figuras 2 a 4, si bien es evidente que si se dispusiera una válvula entre (38) y (66), se evitaría mejor la mezcla de las partículas separadas en la tolva (66) cuando el aire circula en la etapa de separación de remolino tronco-cónico (38).

La diferencia principal entre las figuras 5 y 1 es la disposición de un deflector helicoidal (88) alrededor del elemento hueco central (58) en la segunda etapa de separación alojada en la cámara (40). Esto evita que al aire que entra en la cámara (40) pase en línea recta hasta las aberturas (62) en el extremo inferior de (58) y obligue a la corriente de aire a describir una ruta circular (aunque progrese axialmente por las vueltas de la hélice). Esto imprime fuerzas centrífugas a la masa de aire giratoria y por lo tanto a las partículas más pesadas que el aire contenidas en dicha corriente de aire, que migrarán por lo tanto hacia las regiones radialmente exteriores de la ruta helicoidal seguida por la corriente de aire y tendrán menos probabilidades de ser atrapadas en la corriente de aire que va radialmente hacia el interior a través de las aberturas (62), pudiendo salir de la cámara bajo la acción de la fuerza de succión de (10).

La figura 6 muestra una variación de la figura 2, en la cual el extremo inferior (60) del tubo (58) (en la segunda etapa) está cerrado y la salida de aire desde la cámara (40) se realiza a través de un gran número de pequeñas aberturas (62) en la pared del tubo, tal como ocurría en las realizaciones mostradas en las figuras 1 y 5. La disposición presenta la sencillez de una sola tolva colectora de partículas, si bien requiere por ello la adición de una válvula como la descrita en relación con la figura 2 y un micro interruptor detector de nivel (72) asociado también con la tolva.

La figura 7 muestra cómo el deflector helicoidal de la figura 5 se puede combinar con la sencillez de la tolva única y la separación mejorada de la segunda etapa, asociada con la cámara de separación de remolino tronco-cónica, en collar (38), (41), descrita en relación con la figura 2, para lograr otra mejora global en la separación de partículas, dadas una corriente de aire y una distribución de tamaño de partícula determinadas. Al igual que se ha hecho anteriormente, los elementos comunes de realizaciones anteriores se designarán con los mismos números de referencia utilizados en las figuras anteriores.

Las figuras 8 y 9 muestran cómo se pueden modificar los diseños de las figuras 6 y 7 respectivamente para seguir mejorando la separación en la segunda etapa. En cada caso, el tubo estacionario (58) se sustituye por un tubo giratorio (90), que tiene un soporte para la rotación en torno a su eje central, con un cojinete (92) en la pared extrema superior del alojamiento (40). Situada de forma general alineada con la entrada de aire (48) y fija al tubo (90), se encuentra una turbina de dos elementos (94), (96) (aunque queda entendido que se puede utilizar un único elemento de turbina como (94), (96), en lugar de la disposición de dos elementos). Si se utilizan dos elementos, uno de ellos se monta con sus hojas desfasadas respecto a las hojas del otro, con el fin de duplicar de forma efectiva el número de hojas de turbina sobre las cuales actúa la corriente de aire entrante. Esto aumenta la velocidad de rotación.

Al estar unidas a (90), la rotación de la o de las turbinas hace que gire (90). El aire que entra en la cámara se ve también obligado a girar con la o las turbinas antes de empezar a descender hacia el interior de la cámara (40) pasa salir a través de las aberturas (62) en la pared del tubo (90). La rotación del tubo (90) ayudará también a mantener el aire cerca de la superficie del tubo que gira de forma similar, de modo que las fuerzas centrífugas actuarán sobre las partículas más pesadas que el aire en la succión inducida por la corriente de aire a través de la cámara (40) al migrar y descender por dicha cámara.

Esto contribuye también a separar del aire los restos contenidos en la corriente de aire, la cual cambia después de dirección cerca de la parte inferior de la cámara, para salir, virtualmente libre de partículas a través de las aberturas (62). Las partículas separadas siguen girando alrededor de la cámara cerca de la pared de la misma, hasta que son aceleradas por las regiones de reducción radial de (64) y (38), donde van progresando a través de la disposición de válvulas hasta el interior de la tolva común (22), según lo descrito anteriormente.

La disposición de la figura 9 difiere de la de la figura 8 por la inclusión del deflector helicoidal (88), sujeto al tubo giratorio (90), de forma similar a cómo se sujeta al tubo estacionario (58). No obstante, al girar el tubo (90), el deflector helicoidal gira de forma similar y actúa en cierto modo como un transportador de tornillo helicoidal y sigue girando y moviéndose axialmente el aire entrante y las partículas a través de la cámara (40).

En la práctica, la eficacia de la separación de la realización de la figura 9 es, en cierto modo, mejor que la de la realización de la figura 8.

Aunque no se muestra, se puede utilizar también un interruptor detector de nivel como (72), (74) en las disposiciones mostradas en las figuras 5, 6, 8 ó 9.

La figura 8 muestra también, en forma esquemática, cómo la forma rebajada del remolino tubular como el mostrado en la figura 2 se puede utilizar en lugar del tubo simple tronco-cónico mostrado en la figura 1, y se entenderá que se puede utilizar cualquier forma de tubo en la segunda etapa de cualquiera de las realizaciones diferentes mostradas en las figuras.

Otra mejora en la eficacia de la separación, aunque sin partes giratorias, se muestra en la figura 10. Esta realización incorpora una tercera etapa de separación en una extensión (92) de la cámara (40). Esta disposición se basa en la disposición mostrada en la figura 7, en la cual el tubo central hueco (58) se extiende axialmente respecto de la cámara (40) y lleva un deflector helicoidal (88). El extremo superior de la cámara (40) está cerrado por una pared (94) desde la que se extiende el tubo (58), presentando la pared unas aberturas para comunicar con el interior del tubo (58), de forma que (como en la figura 7) el aire entrante (58) pueda subir axialmente hacia el interior (12) y entrar en el dispositivo productor de succión (10).

En la realización de la figura 10, la corriente de aire que sale del extremo superior del tubo (58) entra ahora en la cámara (96) (dentro de la extensión (92) y centralmente respecto de la cámara, se extiende un elemento cilíndrico alargado (98), cuyo extremo inferior tiene forma cónica en (100), con el vértice del cono apuntando hacia la corriente de aire entrante desde (58). El ángulo del cono y el diámetro de (98) se eligen de forma que hagan que el aire entrante sea desviado radialmente, de tal forma que las partículas más pesadas que el aire contenidas en la corriente de aire tiendan a desplazarse radialmente hacia el exterior también.

Alrededor del elemento (98), se encuentra un deflector helicoidal (102) que, como se puede apreciar, presenta un sentido opuesto al del deflector (88).

La fuente de succión (10) comunica con el extremo superior de la cámara (96) a través de la abertura (104), para que el aire (96) que entra de (58) ascienda en general por la ruta helicoidal definida por el deflector helicoidal (102), antes de poder salir por (104) a (10). De este modo, la rotación imprimida a la masa de aire ascendente hará que las partículas más pesadas que el aire migren hacia las regiones radialmente exteriores de las vueltas de la hélice.

Rodeando a la hélice, hay un recubrimiento cilíndrico (106) que tienen un gran número de pequeñas aberturas (108), a través de las cuales puede pasar el aire y las partículas hacia el interior de la región anular (110), entre el recubrimiento (106) y la superficie interior de la pared de la cámara (92).

Se dispone una vía de retorno para el aire con partículas procedentes de éste espacio anular a través de un paso (112), para salir tangencialmente hacia el interior de la región superior de la cámara (40), generalmente situada frente a la entrada tangencial (48) por la que entra el aire con partículas de la primera etapa, entrando el aire de (112) en la corriente de aire giratoria (creada por el flujo a través de 48) en la misma dirección que gira en (40).

Las partículas que pasan a través de los agujeros (108) tenderán a no volver a través de los mismos, de forma que una vez separadas de la corriente de aire giratoria en la hélice dentro del recubrimiento, las partículas tenderán a migrar a través del paso (112) para mezclarse con las partículas en la parte superior de 40, donde tenderán a separarse por la acción del remolino establecido en (40), según se ha descrito anteriormente.

El elemento central (98) se afianza a la hélice (102) que, a su vez, se afianza dentro del recubrimiento (106), que, a su vez, se afianza en los extremos opuestos a la parte superior e inferior de la extensión (92).

Las figuras 11, 12 y 13 muestran cómo se pueden modificar las disposiciones de las turbinas 8 y 9 para suministrar aire y las posibles partículas restantes a una unidad de separación de tercera etapa, que puede ser similar a la mostrada en la figura 10, o que puede ser una simple cavidad (114) que tiene una vía de retorno (112), tal como se describe en relación con la figura 10, con un colector deflector central hueco (116), que comprende una envuelta cilíndrica (118), que tiene un gran número de pequeñas aberturas en la pared de la misma y un extremo inferior cónico cerrado (120), que actúa de la misma forma que el extremo cónico inferior (100) del elemento central (98) en la figura 10.

En las figuras 11-13, la envuelta hemisférica perforada (52) de las realizaciones previas se muestra ahora como envuelta tronco-cónica hueca (52') también con perforaciones (53), a través de las cuales puede pasar aire y pequeñas partículas. En común con la envuelta hemisférica (52), se elige el tamaño de las aberturas formadas por las perforaciones en la envuelta, con el objeto general de dificultar el paso de las partículas de un tamaño mayor al indicado y evitar que pasen al interior de la región (44). Las partículas mayores se recogen en la tolva (22) (en el caso de una disposición de una sola tolva como en la figura 10) y en la región exterior (26) de una disposición de dos tolvas, como se muestra en la figura 1.

La envuelta (52') se muestra en corte para permitir apreciar el extremo inferior de (38), de la misma forma que la envuelta hemisférica (52) en las figuras anteriores.

Como se muestra en la figura 11, la parte inferior (122) del elemento tubular (58) puede estar separado, con el fin de no girar con el mismo, del extremo superior al que se sujetan las secciones de la turbina, y puede descansar en su sitio sobre una placa circular (124), que presenta una abertura en la misma (126) (véase el plano parcial de la figura 11A).

La figura 13 muestra cómo se puede imprimir un movimiento radial y circular a la corriente de aire que entra en (96), por medio de una corona hueca (128) sujeta al extremo superior del tubo (58), para que gire con el mismo.

La pared de la corona presenta una pluralidad de ventanas, tal como se puede ver en la (130). Cuando la corona gira en torno a su eje, el aire sale de la ventana con movimiento radial y giratorio en el sentido en que gira la corona.

Un recubrimiento cilíndrico (132), que es estacionario y se extiende desde la parte superior a la inferior de la cámara (114), incluye un gran número de aberturas como (134), a través de las cuales pueden pasar las partículas y el aire. Para pasar a la fuente de succión (10), el aire tiene que invertir su dirección después del recubrimiento y volver a través de otras aberturas (134), para que pueda pasar a través de la abertura central, en el extremo superior de la cámara (114) y a través del paso (136) hasta la fuente de succión (10). De éste modo, las partículas más pesadas que el aire tenderán a ser dejadas fuera del recubrimiento, para ser recogidas en la corriente de aire y volver a la segunda etapa a través del paso (112).

La utilización de la corona giratoria (128) hace que se pueda prescindir de la envuelta (118) de las figuras 11 y 12.

En el caso de las realizaciones de las figuras 11, 12 y 13, el paso (112) y las puertas por las que comunica con (114) y (40) suelen tener 32 mm de diámetro, el ángulo de cono (120) (en caso de emplearse) es de 160°, el diámetro de los orificios (62) oscila entre 2 mm y 2,5 mm, el intervalo entre el extremo cerrado (60) y la superficie tronco-cónica (64) es del orden de 3 mm a 18 mm, y dependerá del diámetro de la cámara (40), que suele oscilar entre 65 mm y 80 mm. El intervalo referido y el estrechamiento del tubo (38) resisten el flujo de retorno del remolino secundario, y el diámetro de la región rebajada es del orden de 10 mm a 18 mm.

Aunque, como se puede apreciar en la figura 13, los orificios (108) se extienden únicamente por la parte inferior del recubrimiento (106), pueden estar dispuestos (y de preferencia lo están) sobre gran parte o la totalidad de la pared del recubrimiento, tal como muestra en la figura 10, de forma que el aire aspirado en sentido axial y radial, debido a la succión (136), no tienda a volver a través de los orificios que coinciden con las ventanas (130) en (128), pero tenderán a migrar hacia el interior a través de los orificios más cercanos al extremo superior del recubrimiento.

Hay que entender que el colector de dos tolvas de la figura 1 (con o sin válvula u otro dispositivo que se opone a la mezcla de partículas en la tolva inferior con el aire en el remolino descendiente o ascendiente en 38) se puede utilizar junto con cualquiera de las disposiciones, de segunda y/o tercera etapa, mostradas en las figuras 2 a 13.

También hay que entender que se puede utilizar un detector de nivel de partículas y un interruptor como el mostrado en la figura 2, en cualquiera de las disposiciones mostradas en cualquiera de las figuras (inclusive en la figura 1) con el fin de avisar por lo menos al usuario que la tolva (o una de las dos tolvas) está llena y tiene que vaciarse -o incluso interrumpir la alimentación a la fuente de succión.

También hay que entender que la disposición de válvula y tolva única de la figura 2 se puede utilizar con cualquiera de los separadores de segunda y/o tercera etapa, mostrados en cualquiera de las figuras.

Las disposiciones mostradas en las figuras hasta ahora se refieren todas ellas a un separador de partículas / aire vertical, provisto de aspiración, como una aspiradora vertical. Para reducir la altura total de este tipo de dispositivos, uno de ellos o más de la segunda y la tercera etapa pueden ponerse acodados con respecto a la primera etapa, tal como se muestra en las figuras 14 a 17. En todos los demás aspectos, funcionan del mismo modo que si se hubieran montado las etapas verticalmente la una sobre la otra. Se ha aprovechado la oportunidad para ilustrar otras variaciones respecto de la disposición de la segunda y tercera etapas, mostradas anteriormente en las figuras anteriores.

La figura 14 corresponde a la disposición de la figura 2, modificada por la figura 2A, en la cual el extremo del remolino tubular (58) está acodado para entrar en el extremo abierto de la región tronco-cónica (38).

La figura 15 corresponde a la figura 11 en la medida en que el aire y las partículas que quedan cerca de la pared de la tercera cámara tenderán a regresar a través de una vía (112), debido a la depresión en el otro extremo de la vía (112), causada por la masa de aire en rotación en la segunda etapa. Sin embargo, la figura 15 muestra que la turbina de la figura 11 se puede omitir. La figura 16 corresponde a la figura 12, en el sentido en que se dispone una hélice en la segunda etapa (aunque estacionaria) y ninguna turbina en la segunda etapa.

En las figuras 14 a 16, la envuelta perforada (52') tiene, según se puede apreciar, configuración cilíndrica (por lo que no se trata de realizaciones de la invención) distintas de las configuraciones hemisférica y tronco-cónica de las figuras anteriores y de la figura 17.

Las figuras 17 y 17A corresponden a las figuras 13 y 13A.

Aunque la válvula mostrada en cada una de las figuras 2 y 6 a 17 es una válvula de bola, puede ser sustituida por la válvula mostrada en las figuras 3 y 4, y esto puede resultar ventajoso en el caso de disposiciones como las mostradas en las figuras 14-17, debido a que el movimiento del elemento de cierre de la válvula puede ya no ser 100% vertical y puede ser conveniente un resorte, comprimido cuando la válvula está cerrada, para ayudar a abrir la válvula cuando cesa la corriente de aire.

Hay que entender sin embargo que se puede incorporar un resorte en el diseño de la válvula de bola (aunque esto no se muestra) para hacer que la abertura de ésta válvula sea más positiva, ya sea en un aparato de disposición vertical o una disposición no vertical, como se muestra en las figuras 14 a 17.

En las figuras 14 a 17, los números de referencia designan los elementos comunes con las figuras anteriores.

La figura 18 ilustra otra aspiradora de ciclón (separador) que realiza la presente invención.

Como se muestra en la figura 18, el dispositivo comprende una entrada de succión (210), que puede estar conectada a un tubo y una pared colectora de polvo, o a un conjunto giratorio de escobillas, como el que se encuentra en la base de una aspiradora vertical doméstica o industrial.

La entrada de succión entra tangencialmente en un recinto cilíndrico, generalmente designado (212) y el extremo superior de un tambor colector de polvo y suciedad (214). La parte inferior (214) suele ser un ajuste suave (216) con la región superior (212) e incluye un asidero (218). Una vez que está lleno, el tambor (214) se separa del extremo superior (212) y se vacía. El ajuste suave debe proporcionar una buena junta de estanqueidad entre (212) y (214) o es preciso incorporar un cierre anular separado.

La entrada tangencial de la corriente de aire hace que el aire entrante circule en torno al interior de la región cilíndrica (212) y debido a que la masa de partículas de polvo es mayor que las partículas del aire, el polvo y la suciedad arrastrados en la corriente de aire tienden a migrar hacia los extremos exteriores de la corriente de aire giratoria y caer dentro del tambor (214), mientras que el aire relativamente libre de polvo tiende a seguir la espiral hacia el interior para pasar, eventualmente, a través de la pluralidad de aberturas como (220) a la región hemisférica de la pared (222) del elemento situado axialmente en el centro de la región cilíndrica (212).

Después de pasar a través de los tubos (220), el aire asciende hacia el interior de la cavidad cilíndrica superior (224), de la cual sale a través de la puerta (226) y es transportado hasta la puerta de entrada (228) en el extremo superior de una cámara cónica (230), en la cual se produce la segunda etapa de separación.

El extremo superior (232) del alojamiento cónico (230) es a su vez cilíndrico y la entrada (228) comunica tangencialmente con la región cilíndrica, de la misma forma que la entrada (210) comunica con la región cilíndrica (212).

Se podrá apreciar que, cuando la altura del polvo y de las partículas en el tambor (214) comienza a aumentar, la corriente de aire que gira en la región (212) podría tener la tendencia a aspirar polvo y partículas desde el montón, en la parte superior del tambor (214), de nuevo hacia el interior de la corriente de aire de la que han sido separados por la fuerza centrífuga en la región cilíndrica superior (212). Para reducir esta tendencia, se ha provisto un deflector hemisférico (234), de forma que solo exista una región anular estrecha (236) a través de la cual las partículas y el polvo puedan caer de la corriente de aire giratoria a la región (212) e el interior del lo tambor (214). El deflector (234) sirve para separar la corriente de aire giratoria en la región (212) del contenido de polvo y de partículas del tambor (214) y reduce el riesgo de que el polvo y las partículas en (14) sean arrastrados al interior de la corriente de aire giratoria en (212).

La superficie hemisférica (222) se une a la superficie hemisférica curvada opuesta del deflector (234), donde se juntan ambas con el extremo inferior del alojamiento cónico (230).

Por consiguiente, éste último proporciona el soporte central para el deflector (234) y para la superficie hemisférica (222) que contiene las aberturas de salida (220).

Se podrá ver que la presencia del extremo inferior del alojamiento cónico (230) penetra y por lo tanto hace que las dos superficies hemisféricas (222) y (234) sean incompletas.

Dentro de la región cilíndrica superior (232) está situada una turbina, designada (238), soportada por un eje hueco central (240), cuyo extremo inferior está formado por una superficie tronco-cónica (242), que sirve de accionador de ciclón para la cámara cónica (230).

El aire que entra en la región cilíndrica (232) a través de la puerta (228) hace que la turbina gire y la corriente de aire giratoria establecida por la entrada tangencial de la puerta (228) dentro de la región cilíndrica (32) es la causante de un ciclón en espiral hacia abajo, en la forma ya conocida de por sí. El polvo y las partículas arrastradas en la corriente de aire en espiral tienden a depositarse en el extremo inferior de la cámara cónica (230), donde pasan a través de una abertura circular (244) al interior de una tolva colectora secundaria (246) después de circular primero en torno a un deflector helicoidal (248) en el extremo superior de la tolva secundaria (246).

Esta última tiene también configuración cónica y es complementaria del alojamiento cónico (230). El interior de la tolva cónica secundaria (250) sirve para recoger el polvo y las partículas separadas por el ciclón que está en la cámara cónica (230), pero se verá que la pared de la tolva secundaria (246) separa el interior (250) de la región anular (252) Lo dentro de la cual se recoge el contenido separado de polvo y partículas procedente de la tolva de corriente de aire primaria (212).

El centro de la hélice (48) presenta un extremo circular plano (254), a poca distancia por debajo del paso cilíndrico (244), que conduce desde el extremo de la cámara cónica (230), y el diámetro de (244) suele ser del orden de 10 mm y la distancia entre el extremo abierto de (244) y la placa (254) es del orden de unos pocos milímetros. La espiral de aire descendente en espiral dentro de (230) invierte su sentido dentro del extremo inferior (230) para formar un ciclón central ascendente en espiral (no mostrado), que se mueve en el sentido general de la flecha (256) para pasar dentro y a través del interior hueco (258) del eje (240) y entrar en una región cilíndrica, por encima de la región cilíndrica (232) que aloja la turbina (238). El paso de (258) a (260) se hace a través de ventanas como (262) en un cubo perfilado de forma tronco-cónica (263), montado sobre el eje (240) para poder girar con la turbina (238). Las paredes superior e inferior del cubo perfilado (264) y (266) respectivamente están cerradas, de forma que el aire que pasa al interior de la región central del cubo perfilado (263) solo pueda salir a través de las ventanas, como (262). Las bridas que se extienden radialmente, como (265), situadas entre las ventanas imprimen una rotación a la corriente de aire existente cuando entra en la región cilíndrica (260) y el aire se mueve en espiral hacia arriba pasando por la cámara (260), ayudado además por una hélice en rotación (268), montada sobre un segundo eje horizontal (270) que gira con el cubo perfilado (263).

El aire procedente de (258) no puede pasar axialmente al interior de (278) del segundo eje hueco (270), sino que tiene que pasar a través de las ventanas (262) y después de circular en torno a la cámara (260), puede pasar al interior (278) del eje superior (270) por unos orificios como (280) en la pared del eje superior, o pueden salir de la cámara (260) a través de la salida (282), volviendo a entrar la corriente de aire por debajo del cubo perfilado (263) a través de una puerta de entrada (284) situada en la región cilíndrica (232) en el extremo superior de la cámara de ciclón cónica (230). La puerta (284), al igual que la puerta de entrada (228,) se une con la región cilíndrica (232) en sentido tangencial, de modo que el aire entrante procedente de (282) circulará en torno a la región cilíndrica (232) y además contribuirá a que gire la turbina (238) y se unirá con la corriente de aire entrante a través de (228), para atravesar la cámara cónica (230) una vez más, antes de seguir hacia el centro de (230), tal como se ha descrito anteriormente, y entrar en la región (258).

Debido a la forma en que se recoge el aire de la cámara superior (260) a través de la puerta (282), el aire que sale a través de la puerta (282) incluirá, de preferencia, polvo o partículas más pesadas que el aire que las que se encuentran cerca de la cámara (260) y por consiguiente, la vía de retorno a (284) tenderá a incluir polvo y partículas que no han sido separados por la etapa de separación final en la región (260), mientras que el aire que entra en la región (278), a través de los orificios (280), tenderá a estar libre de polvo y partículas.

Aunque no se muestra en detalle, (278) comunica con un dispositivo de succión (279), como un ventilador o una turbina accionado poro un motor eléctrico o similar, cuya acción es aspirar aire en sentido de la flecha (274) desde el aparato mostrado en el resto de la figura. Es este efecto de succión, creado por el ventilador giratorio o la turbina (no mostrados), el que establece la corriente de aire entrante en (210) y el flujo general de aire a través del aparato, según lo descrito anteriormente.

Se ha visto que los aparatos como los que muestra la figura 18 pueden funcionar con una eficacia de separación muy alta, de modo que quede poco contenido de polvo y partículas en el flujo de aire que sale de (278), y se ha visto que es posible renunciar al filtro que suele estar situado en dicha posición en el aparato aspirador justo antes del ventilador o turbina que produce el vacío. La presencia de uno de estos filtros reduce prácticamente el flujo de aire y por consiguiente el efecto de succión creado por el ventilador y/o la turbina y, debido a que no es preciso incluir este tipo de filtro, el flujo de aire a través del aparato y por consiguiente las velocidades del aire dentro de las diversas corrientes de aire rotatorias y el ciclón se ven incrementadas y por lo tanto se mejora la eficacia de separación.

Debido a que el eje hueco (270) gira con el cubo perfilado (263) y no se desea que la pared (286) gire, se requiere una junta de estanqueidad rotacional (288) entre la parte giratoria (270) y la parte estacionaria (286). Esto puede comprender por ejemplo el achaflanado complementario de las superficies de los extremos entre las dos paredes cilíndricas con material de soporte en (290) y (292), tal como se muestra en la figura 18a.

Aunque se describe como una sola turbina, (238) puede estar formado por dos conjuntos de hoja de turbina similares, cada uno de los cuales ocupa la mitad de la longitud axial de la turbina (238), según lo indicado, y cada uno está afianzado sobre el eje (240) con las hojas de una turbina, estando las hojas de una turbina decaladas la mitad del paso de las hojas de la otra turbina, con el fin de duplicar de modo eficaz el número de hojas de la turbina y por lo tanto incrementar su eficacia.

La figura 18b es una vista en sección transversal por la región cilíndrica (212) de la figura 18, y muestra la entrada tangencial (210) y la forma cilíndrica de la pared de la cámara cónica (230) donde está seccionada, el orificio pequeño en el extremo inferior de la cámara (230) y el bosquejo cilíndrico intermedio de la pared (22) donde la superficie hemisférica (222) está cortada por la sección transversal.

La figura 18c es una sección transversal por CC en la figura 18 y muestra cómo la puerta de salida (226) comunica con la región cilíndrica (224) y ayuda además a mantener la masa de aire en rotación cuando sale para adentrarse en la región (224) debido a la salida tangencial (226) de la misma.

La figura 18d es una sección transversal por DD en la figura 18 y muestra una disposición de puerta de entrada (228) y puerta de retorno (284) a la región de la turbina (238).

La figura 18e es similar a la figura 18d, si bien muestra posiciones alternadas para las puertas (228) y (284), si se desea.

El criterio importante es que una masa de aire en rotación en (232) establecida al entrar el aire en (228) tenderá a pasar con turbulencia por la puerta (284) y seguirá con su movimiento circular en torno a (232), en lugar de entrar en (284). De la misma forma, el aire reintroducido en (232) a través de (284) será igualmente arrastrado al interior de la corriente de aire en rotación inducida por la entrada de aire por (228) y el aire no tendrá tendencia a entrar en la puerta (28) durante su movimiento de rotación dentro de (232).

Para mayor claridad, no se muestran las hojas de la turbina en las figuras 18d y 18e, pero en cambio en la figura 18f sí se muestra la turbina. Esta muestra un eje hueco (240), una región central (258) y ocho hojas de turbina curvadas, una de las cuales lleva el número (241). Como se muestra en la figura 18f, la turbina es vista desde arriba, ya que se podrá ver que el aire que entra en la región (232) deberá estar dirigido contra la superficie (243) de la hoja (241) (y la superficie correspondiente de cada una de las demás hojas) para inducir la rotación de la turbina.

Si se montan dos turbinas sobre el eje (240), cada una de ellas tiene la misma configuración que la mostrada en la figura 18f, aunque la mitad de la profundidad axial de (238), de forma que las dos encajarán dentro del mismo espacio axial, y se montan de forma que, vistas axialmente, las hojas de una turbina ocupan los espacios entre las hojas de la otra. Las hojas de la segunda turbina, si se monta, se muestran en línea de puntos en la figura 18f, y una de ellas lleva el número de referencia (245).

La figura 18g es una sección transversal por la figura 18 a lo largo de la línea GG y muestra la puerta de salida (282) que comunica tangencialmente con el interior cilíndrico (260) y la pared cilíndrica (270) del eje hueco sobre el que está montada la hélice (268), cuyo extremo superior se muestra en (269).

Se podrá apreciar que la hélice está ajustada de forma relativamente precisa dentro del alojamiento cilíndrico que define la cámara (260).

Aunque no se muestra en la figura, se ha considerado ventajoso que las aberturas (280) de la pared (270) comiencen a poca distancia del comienzo de la hélice en el extremo inferior (270) y terminen a poca distancia antes del final de la última vuelta de la hélice en el extremo superior de (270).

Por lo general, las aberturas (280) son circulares y tiene un diámetro de 1,7 mm y se han formado aproximadamente 1200 agujeros de este tipo en la pared (270).

Por lo general, la hélice tiene un ángulo del orden de 2° a 10°, habitualmente 4°.

La figura 19 muestra una modificación del extremo inferior del tubo de separación cónico del ciclo (230). El extremo inferior termina en la cámara (231) en lugar de la boquilla cilíndrica (244) de la figura 18, y dentro del alojamiento (231) está situada una hélice que corresponde al elemento (248) de la figura 18.

El intervalo entre la superficie interior (24) de la región central de la hélice (240) y el extremo inferior del tubo cónico (230) se elige para lograr el objetivo deseado, es decir acceso libre de polvo y partículas en el sentido de las flechas (233) y (235) interior de la hélice y después al interior de la región inferior de la cámara (231), aunque transferencia mínima de polvo o partículas en dirección opuesta.

Una jaula (239) se extiende por debajo de la cámara (231), dispuesta simétricamente respecto del asiento de válvula formado por la junta hermética (237). Dentro de la jaula, hay una bola (241) que puede cooperar con la junta del asiento de válvula (237) para cerrar la apertura hacia el interior de la cámara (231). La densidad de la bola se elige de modo que una corriente de aire ascendente que pase, en sentido ascendente, a través de la jaula hacia el interior de la cámara (231), hará que la bola se eleve y se convierta en un elemento de cierre de válvula al entrar en contacto con el retén labial (237).

La jaula incluye una base (243) cuya cara superior interna está formada como una pirámide de poca altura en (245), para separar la bola de la base de la jaula cuando el flujo de aire es igual a cero, y la bola puede caer por el efecto de la gravedad dejando abierta la abertura definida por junta del asiento de válvula (237).

Si se modifica el aparato de la figura 18, tal como se muestra en la figura 19, puede prescindirse de la tolva secundaria (246). Se dispone ahora de la totalidad del tambor (214) para almacenar el polvo y las partículas recogidos por el proceso de separación, en la etapa primaria de separación en la región cilíndrica (212) o en la etapa secundaria causada por el efecto de ciclón inverso dentro del alojamiento cónico (230).

La disposición de la figura 19 lo permite, ya que en cuanto se establece un flujo de aire en el aparato, parte del aire que entra en (10) se desviará hacia la parte inferior del tambor (214) y se elevará a través de la jaula (239), la abertura definida por el asiento de válvula (237), a través de la hélice (248) y al interior del alojamiento cónico (230). No obstante, el flujo de aire elevará la bola (241) que se acoplará con la junta hermética (237) (como se muestra en línea de puntos) cerrando la abertura en el extremo inferior de la cámara (231) y después, el aparato funcionará prácticamente en la forma descrita con referencia a la figura 18. La diferencia principal es que las partículas y el polvo separados por el efecto de ciclón en el alojamiento cónico (230) saldrán ahora en el sentido de las flechas (233) y (235) y después de atravesar la hélice (248), permanecerán en la cámara pequeña (231). Cuando cesa el flujo de aire, como por ejemplo al final de la sesión de limpieza, la bola (241) cae de inmediato a su posición inferior desde la posición mostrada por la línea de puntos en la figura 19 y el polvo y las partículas de suciedad que se encuentran en la cámara (231) caerán por la abertura en torno a la bola y saldrán a través de las aberturas en la jaula (239) para unirse al resto del polvo y partículas de suciedad recogidas dentro del tambor principal (214).

En cuanto se conecta nuevamente el aparato, se vuelve a establecer el flujo de aire y se repite el proceso, con el cierre inicial de la abertura, al acoplarse la bola (241) con la junta hermética (237) y la recogida de polvo y partículas de suciedad en la cámara (231). Cuando se desconecta nuevamente el aparato, el polvo y las partículas de suciedad recogidas en (231) vuelven a salir de la cámara a través del asiento de válvula que está ahora abierto y se unen al resto del polvo y las partículas de suciedad en el tambor principal (214).

La bola (241) y la junta hermética (237) representan por lo tanto una válvula de una vía que, en combinación con la hélice (248), evita que el polvo y las partículas de suciedad entren en el extremo inferior del alojamiento cónico (230) cuando se establece el flujo de aire. Esto crea efectivamente una segunda tolva para el polvo y las partículas recogidas de la separación secundaria que se produce en el alojamiento cónico (230), hasta que es conveniente mezclar las partículas de suciedad y el polvo recogido en el mismo con los que quedaban del tambor (214).

La figura 20 ilustra un aparato de separación de ciclón alternativo que no incorpora la invención como tal, pero que resulta útil para entender la misma. Incorpora las características asociadas con la etapa de separación primaria y la tolva colectora de polvo (214). Por consiguiente, este aire cargado de polvo que entra en (210) es impulsado, como antes, a moverse siguiendo un recorrido circular dentro de la región (212). Las partículas de polvo tienden a caer hacia la parte inferior de la tolva (214) y el aire con muchas menos partículas de polvo contenidas en su interior, pasa a través de los agujeros pequeños (220) y al interior de la región colectora anterior, para salir por (226).

En la disposición mostrada en la figura 20, el flujo de aire, ahora sin polvo, pasa al interior del extremo superior de una cámara intermedia (290) a través de la puerta de entrada (292). Al igual que ocurre con la puerta de entrada (220), la puerta de entrada (292) es tangencial a la sección transversal, generalmente transversal, de la cámara (290) y, como antes, se hace que el aire entrante siga un recorrido rotacional que, debido a que no hay salida en la región superior de la cámara (290), empieza a descender describiendo una trayectoria helicoidal definida por una hélice (294), ajustado, y apretado dentro de la cámara (290), alrededor del vástago hueco central (296).

El aire sale de la cámara (290) y pasa por un gran número de pequeños agujeros formados en la pared del vástago hueco (296). Este último comunica con una cámara superior (298), dentro de la cual se encuentra otra hélice (300), cuya finalidad se describirá más adelante.

Uno de los agujeros en la pared del vástago (296) lleva el número de referencia (302). Se ha comprobado que resulta ventajoso que los agujeros comiencen a poca distancia (medida alrededor del vástago) después del comienzo de la hélice (296), y termine a corta distancia (medida alrededor del vástago) antes de que termine la hélice.

En una disposición, existe una longitud circunferencial de aproximadamente 15 mm de pared de vástago sin perforaciones en un extremo de la hélice y aproximadamente 40 mm, medidos circunferencialmente de pared de vástago sin perforaciones en el otro extremo de la hélice, midiéndose en cada caso la longitud circunferencial desde el extremo adyacente de la hélice en torno al vástago.

Por debajo de la última vuelta de la hélice, el vástago (296) se extiende hacia abajo, hacia las regiones inferiores de la cámara (290) y termina en un cierre cónico (304) que también puede presentar aberturas.

Las partículas de polvo de movimiento rápido tenderán a salir hacia las regiones circunferenciales exteriores de la hélice y seguir descendiendo hacia las regiones inferiores de la cámara (290). Posteriormente, descenderán a través de la hélice (48) y serán recogidas en la región inferior de la cámara colectora pequeña por encima de la válvula de no retorno formada por la bola (241) y liberadas al interior de la tolva colectora (214) en el extremo de la sesión de vaciado, tal como se describe en relación con la figura 19.

El aire que pasa a través de los pequeños agujeros (302) y se eleva por el interior hueco del vástago (296) del que se eliminarán nuevamente el polvo y las partículas de suciedad, ascenderá hacia el interior de la cámara superior (298) y será desviado por el extremo cónico que se extiende hacia abajo (306) en el extremo inferior del tubo cilíndrico (308), cuyo extremo superior comunica con la fuente de vacío (no mostrada), como por ejemplo un ventilador o turbina con motor.

Entre sus extremos, se extiende una hélice (300) en torno al tubo (308), ajustada y apretada dentro del alojamiento cilíndrico (298), de forma similar a como la hélice (294) ocupa la cámara (290). Sin embargo, no se ha hecho ninguna abertura en la pared del tubo dentro de las vueltas de la hélice. En lugar de ello, se ha formado una región (310) del tubo entre el extremo inferior de la hélice y el cierre cónico opuesto descendente (306) con una pared perforada que contiene un gran número de aberturas pequeñas, una de las cuales lleva la referencia (312).

El aire que entra en la cámara (298) pasará en parte a través de los orificios (312) y ascenderá a través del tubo (308). El aire que circula tenderá a ser el que está en la región central de la corriente de aire, que no ha sido notablemente desviado por el efecto del cono deflector descendente (306), El efecto del cono, según se ha visto, introduce un grado ulterior de separación, de forma que el aire cargado de partículas tenderá a seguir una línea recta tras haber sido desviado por el cono y tenderá a entrar en la hélice (300) en lugar de cambiar de dirección y entrar en los agujeros pequeños (312) en la sección (310). Una vez que el aire cargado de partículas ha entrado en la hélice, sólo puede atravesar la cámara (298) a través de la hélice, y salir por la salida (314) en el extremo superior de la cámara (298), desde donde es devuelto a una segunda entrada o entrada de retorno (316) en el extremo superior de la cámara intermedia (290). Ahí es arrastrado por la corriente de aire entrante de la entrada (292) y todas las partículas de polvo que permanecen en la corriente de aire tenderán a ser expulsadas por el movimiento circular del aire a medida que va descendiendo por la hélice (294) una vez más para ser recogido tal como se describe en la cámara pequeña debajo de la hélice (248), dejando que pase aire limpio a través de las aberturas (302).

Se han logrado niveles de eficacia muy elevados utilizando aparatos como los mostrados en la figura 20.

El extremo inferior de la jaula (239) mostrada en la figura 19 y en la figura 20, incorpora un dispositivo detector de nivel como el mostrado en la figura 21. Como se muestra en las figuras 19 y 20, el extremo inferior de la jaula (239) comprende un alojamiento de ángulo poco inclinado con respecto a la horizontal y esto se muestra de forma más detallada en la sección transversal de la figura 21.

El interior del alojamiento tronco-cónico (318) aloja un micro interruptor (322), que tiene un brazo de maniobra (324) que, si se inclina hacia arriba, cambia el estado del interruptor.

Un diafragma de membrana sensible (326) se extiende por una abertura en el lado inferior del alojamiento (318). El diafragma se mantiene en su sitio mediante una grapa circular u otro dispositivo de retención (328) y está diseñado de modo que si la altura del montón de polvo y partículas de suciedad en la tolva (214) es de tal índole que entra en contacto con y comprime la membrana - diafragma (326), el interruptor será conectado y se cerrarán los contactos (o se abrirán según el caso).

Una conexión eléctrica, como (328), conecta los contactos del interruptor con un relé o contactor, de modo que si se acciona el interruptor, se interrumpe la alimentación del motor de succión de forma que el aparato deja de funcionar. Se puede generar una señal de aviso, visible o audible, para indicar al usuario que la tolva está ahora llena y se tiene que vaciar antes de seguir utilizándola.

Aunque no se muestra, se puede disponer un dispositivo de aviso por señales en el aparato, de preferencia, de naturaleza visible para explicar por medio de un mensaje de aviso o señal codificada que la tolva se tiene que vaciar. Esto puede comprender por lo general un dispositivo visualizados LED o una simple lámina movida electromecánicamente que se desplaza, con el fin de visualizar una zona de color diferente de la lámina en una ventana, por ejemplo, una región verde de la lámina queda sustituida ahora por una región roja que indica que la tolva está llena, una vez que se conecta el micro interruptor.

Aunque se describe en relación con la realización de las figuras 19 y 20, se puede incorporar también un dispositivo detector de nivel en el colector interior o exterior (250), (252) de la figura 18. Si se genera una señal de aviso, en asociación con la disposición de la figura 18, esto indica convenientemente si está llena la tolva colectora interior o la exterior.

En el separador alternativo, mostrado en la figura 22, el aire cargado de partículas es aspirado por la entrada (374), una vez que se establece el vacío al conectar un ventilador / turbina (376) que produce el vacío, accionado por un motor. El flujo de aire entrante es, por lo general, tangencial a la pared del alojamiento cilíndrico (378) y se hace por lo tanto que constituya una masa de aire que circula en torno a la región (380) en el extremo superior del alojamiento. En el centro, se encuentra un inductor de remolino cilíndrico (382) que se extiende al interior de una envuelta hemisférica (384), que contiene un gran número de aberturas muy pequeñas (386) a través de las cuales puede pasar el aire.

Por debajo de la superficie (384), se encuentra un recubrimiento curvado convexo, similar, aunque opuesto (388), que se extiende casi hasta la pared interna del alojamiento (378). En el centro de (382) y (384), se extiende una superficie tubular tronco-cónica (385), de forma axialmente descendente para comunicar con una abertura (390) en el centro del recubrimiento (384), Una bola de poco peso (392), que ocupará normalmente el extremo inferior del alojamiento (394) ascenderá, bajo el efecto de un flujo de aire ascendente a través del alojamiento (394), para acoplarse y cerrar la abertura (390) tal como se muestra en (392') mediante una línea de puntos.

La rápida circulación del aire en torno a (380) tenderá a separar las partículas en la corriente de aire en virtud de las fuerzas centrífugas, de tal modo que las partículas migrarán hacia la pared del alojamiento (378) y caerán bajo el efecto de la gravedad, más allá del recubrimiento (388) en el interior de la región colectora de partículas (396) del alojamiento (378). Este último consta de dos partes, la parte superior (380) y la parte inferior (396), y ésta última tiene un asidero (398) para ayudar a llevarlo cuando está lleno y se va a vaciar.

La fuente de vacío (376), que induce un flujo de aire a través de (374), lo hace a través de las aberturas (386), de modo que el flujo de modo entrante cambiará eventualmente de dirección y pasará por las aberturas (388) y por el interior de la envuelta (384) y el accionador de remolino (380) al interior de un colector (400) que tiene una salida en (401) desde la cual, el aire ahora en mayor número libre de partículas, es transportado a través de una tubería (no mostrada) hasta una entrada (402) de una etapa de separación ulterior, contenida dentro de un alojamiento cilíndrico (404) montado coaxialmente encima del alojamiento (378) y el colector (400). El alojamiento (404) incluye una primera extensión axial tronco-cónica que se extiende hacia abajo (403), que conduce a un segundo elemento tronco-cónico (406). El interior de (404) comunica con la tolva colectora de partículas (396) cuando la válvula de bola (390), (392) está abierta y el elemento tronco-cónico (306) proporciona la superficie tronco-cónica (285) previamente mencionada.

En el centro del alojamiento (404), se encuentra un tubo que se extiende hacia abajo (408), cuyo extremo inferior está coronado en (410), presentando la pared cilíndrica de la corona una abertura en (412).

Por encima de la corona (410), se encuentra un deflector helicoidal de dos vueltas (414) en el extremo superior de (404), circunferencialmente alejado de (402) en una segunda entrada de (416) a la que vuelve desde la tercera etapa el aire que contiene partículas.

Aunque se ha indicado que se necesitaba un deflector helicoidal encima de la válvula de bola en la figura 20, se ha comprobado que con tal de que exista una distancia suficiente entre el lado inferior de (410) y la abertura (390) en la figura 22, no se precisará ningún deflector helicoidal en la disposición de la figura 22.

El tubo (408) sirve de salida del aire desde (404) y la corriente de aire que pasa a través de (408) es desviada circularmente en todas las direcciones por un extremo cónico que mira hacia abajo (418), de un cierre cilíndrico de un elemento tubular que se extiende axialmente (420) en un alojamiento cilíndrico (422). La pared cilíndrica del cierre tiene aberturas en (424) para proporcionar una salida desde el interior de (422) a la fuente de succión (376).

El aire que contiene partículas procedentes de (408) tiende a desprenderse de las partículas, cuando el aire desviado en sentido radial, al encontrarse con la cara extrema cónica (418), cambia repentinamente de dirección y vuelve en sentido radial hacia las aberturas de la corona (418) al encontrase con el interior del alojamiento (422), Las partículas tenderán a ser aspiradas hacia el extremo inferior de una hélice de tres vueltas (426) y después de atravesar la hélice, las partículas salen del alojamiento (422) por la salida (428) para volver a través de una tubería (no mostrada) a la entrada (416), en la cámara (404), mezclándose con el aire entrante cargado de partículas procedente de (402), separándose del mismo al pasar nuevamente por la hélice (414) y el remolino que se desplaza hacia y desde el extremo inferior de (406).

El aire prácticamente libre de partículas sale a través de las aberturas (424) por el tubo (420) hacia la fuente de succión (376) y se comprueba que la separación global puede ser tan eficaz que no se necesita ningún filtro en el recorrido a través de (420) hasta la fuente (376).

Como se muestra en la figura 23, la bola está libremente contenida dentro de un alojamiento cilíndrico (394), cuyo extremo superior (430) está sujeto de forma hermética al extremo inferior abierto del recubrimiento (384) de la figura 20. Los salientes radiales (432), (434) evitan que la bola caiga a través del extremo inferior abierto del alojamiento (394) y, como se muestra en la figura 24, se han dispuesto cuatro salientes radiales de este tipo (432), (434), (436) y (438). Cerca del extremo superior abierto del alojamiento (394), se encuentra un saliente anular (440) que forma un asiento de válvula, que coopera con la bola (392) para cerrar el paso del aire a través de la abertura (442) definida por los salientes anulares (240), cuando la bola se eleva (por el flujo de aire en sentido ascendente) cuando se aplica por vez primera el vacío al sistema.

Si el diámetro de la bola (392) es algo inferior al interior del alojamiento (394), las partículas que se recogen por encima de la bola (392) (cuando está en su posición superior mostrada en 392') pueden caer por debajo de la bola y salir por los espacios como (444), (446), (448) y (450), y salir del alojamiento hacia la tolva (396).

Un dispositivo detector de nivel (no mostrado) se puede incorporar en el diseño del separador mostrado en las figuras 22 a 24.

El aparato descrito aquí se puede utilizar también para separar líquidos (por ejemplo, agua) de gases (por ejemplo, aire), ya que por lo general los líquidos tienen mayor densidad que los gases. Si se encuentran también partículas sólidas de material con una densidad superior a la de las fases gaseosa y líquida, éstas se pueden separar también de la fase gaseosa junto con la fase líquida, y en una segunda pasada por el aparato o pasando por un segundo aparato similar, los sólidos se pueden separar de la fase líquida, siempre que las densidades relativas sean suficientemente diferentes.

En cualquier situación en la que hay líquido, se puede disponer un filtro o separador de líquido si la fuente de succión es contaminada o dañada al llegar líquido a la misma, como por ejemplo si comprende un ventilador accionado por un motor eléctrico o se tienen que realizar ciertas actuaciones para separar líquido del motor. Alternativamente, se puede utilizar una bomba no eléctrica que no se ve afectada por el paso del líquido a través de la misma.

Cuando aparece una hélice en cualquiera de las figuras, el ángulo de la hélice suele ser del orden de 2° a 10° y de preferencia de 4°.

Claims

1. Separador de partículas del aire, de varias etapas, que comprende:

(1) una primera etapa que incluye una cámara cilíndrica (22), de uno de cuyos extremos se extiende internamente un elemento central (50), que tiene unas aberturas (53) en la pared del mismo, lejos de dicho extremo;

(2) una entrada de aire (14) en la pared de la cámara, por la que entra en la cámara aire cargado de partículas, tangencialmente en la proximidad del citado extremo;

(3) una segunda etapa de separación del polvo / aire (38), (40), a la que puede pasar aire procedente de la cámara de la primera etapa, a través de las aberturas en la pared del elemento central;

(4) un dispositivo de succión (10) para inducir la corriente de aire desde la primera etapa a la segunda;

(5) una región colectora de partículas en el extremo de la cámara (22), lejos del extremo mencionado, en cuyo interior migran las partículas al ser separadas del aire que se introduce en el elemento central;

(6) la parte del elemento central (50), adyacente al citado extremo de la cámara (22), no tiene aberturas y define, en combinación con la cámara cilíndrica, una región anular (18), adyacente a la entrada de aire (14) de la misma;

(7) la región anular (18) en torno a la región sin aberturas del elemento central y la corriente de aire que entra tangencialmente, se combinan para formar un remolino dentro de la cámara, de modo que el aire entrante se convierte en una masa rotatoria de aire en la cámara, en el mencionado extremo de la misma, por lo que la fuerza centrífuga hace que las partículas más pesadas que el aire contenidas en el aire entrante migren hacia las regiones exteriores de la cámara, causando la succión una migración axial de la masa rotatoria de aire desde el citado extremo de la cámara hacia el otro extremo de la misma,

caracterizado porque

(8) la región con aberturas (52) del elemento central es una bóveda hemisférica y tronco-cónica hueca, que se extiende desde la región sin aberturas (50) de la misma hacia el otro extremo citado de la cámara (22).

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que un costado (56) se extiende desde el extremo del elemento central (50) mas allá de la región que contiene las aberturas en la pared del mismo, para definir un intervalo anular estrecho entre el costado y la pared de la cámara (22), para evitar que las partículas en la región colectora de polvo que se puedan elevar, debido a la turbulencia en la región, hacia el elemento central, puedan alcanzar las aberturas, a no ser que migren radialmente hacia el exterior, pasando a través del intervalo anular estrecho en el sentido contrario a la corriente de las partículas entrantes.

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que se ha dispuesto una brida anular (68), (70) en torno al elemento central (50), entre las regiones sin aberturas y con aberturas de la pared del mismo, con el fin de obligar a que el remolino de aire rotatorio dentro de la cámara se aparte del elemento central al avanzar por la cámara.

4. Aparato según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que las partículas separadas en una etapa ulterior de separación son transportadas hacia una región colectora de partículas, a través de un paso (43), que se extiende por el elemento central (50) de la primera etapa.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que el paso comunica con la región colectora de partículas de la cámara cilíndrica (22) de la primera etapa, a través de un dispositivo de válvulas (47), (74), (80), (241), (237), (392) que está cerrado mientras pasa el aire por el aparato, y se abre una vez que cesa la corriente de aire, para permitir que las partículas recogidas corriente arriba de la válvula pasen al interior de la región colectora de partículas de la cámara (22) de la primera etapa.

6. Aparato según la reivindicación 5, en el que el dispositivo de válvulas incluye un elemento de cierre, que se mantiene en posición abierta por medio de unos resortes.

7. Aparato según la reivindicación 4, en el que el paso (38) comunica con una región colectora de partículas (66), separada de la región colectora de partículas de la primera etapa, de modo que las partículas separadas por la primera etapa son recogidas por separado de las partículas separadas por la etapa última del separador de etapas múltiples.

8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que un paso (42), (44), (46) se extiende a través del elemento central desde las aberturas en la pared del mismo hasta una entrada (48) en una segunda cámara cilíndrica (40), que forma parte de una segunda etapa de separación, a través de la cual el aire y las posibles partículas que permanecen en su interior pasan de la primera etapa a la segunda.

9. Aparato según la reivindicación 8, en el que la segunda cámara cilíndrica (40), está situada aguas abajo de la primera cámara y ubicada más allá de la primera cámara, lejos de la región colectora de ésta.

10. Aparato según la reivindicación 9, en el que la entrada (48) en la segunda cámara cilíndrica hace que el aire entre tangencialmente en la cámara, y la cámara incluye un elemento central hueco (58), que se extiende axialmente por lo menos en parte de su longitud desde el extremo del mismo más alejado de la primera cámara.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que el extremo libre del elemento central hueco (58) incluye por lo menos una abertura (59) en el mismo, para proporcionar una salida para el aire y las posibles partículas restantes desde la segunda cámara (40).

12. Aparato según la reivindicación 10, en el que el extremo libre (60) del elemento central hueco está cerrado, pero la pared del elemento central tiene aberturas (62) en el mismo, a través de las cuales el aire y las posibles partículas restantes pueden salir de la citada segunda cámara.

13. Aparato según la reivindicación 10, en el que una brida helicoidal (88) sobresale del elemento central (58), obligando al aire que circula por la segunda cámara a describir una trayectoria helicoidal al pasar de un extremo de la cámara (40) hacia el otro.

14. Aparato según la reivindicación 10, en el que una turbina giratoria (94), (96), está situada en la segunda cámara (40) para girar en torno al eje de la cámara, y las hojas de la turbina están alineadas respecto de la entrada (48) en la segunda cámara, de forma que la corriente de aire tangencial entrante cause la rotación de la misma.

15. Aparato según la reivindicación 9, en el que la segunda cámara incluye una primera región generalmente cilíndrica (40) y una segunda región (64), que se extiende desde ahí, que es tronco-cónica y cuyo diámetro se reduce progresivamente desde el de la región cilíndrica en el sentido en que se va apartando de la misma.

16. Aparato según la reivindicación 15, en el que el ángulo comprendido por el cono del que forma parte la superficie tronco-cónica (64), oscila entre 100° y 140°, de preferencia 120°.

17. Aparato según la reivindicación 15, en el que la segunda cámara (40) incluye una tercera región (38), que se extiende más allá de la primera región tronco-cónica (64), que es también tronco-cónica, pero en la cual el diámetro se reduce progresivamente de forma más lenta al distanciarse axialmente de la región cilíndrica (40) de lo que lo hace el diámetro de la primera región tronco-cónica (64).

18. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye además una tercera etapa (92), (114) situada corriente abajo de la segunda etapa (40) para separar las partículas restantes de la corriente de aire que pasa de la segunda a la tercera etapa.

19. Aparato según la reivindicación 18, en el que el paso central (12) de la segunda etapa (40) se comunica con la tercera etapa (92), (114) para permitir que el aire pase a la tercera etapa desde la segunda; la tercera etapa es por lo general una cámara cilíndrica, el aire entra en la tercera etapa por lo general centralmente desde un extremo de la cámara, la tercera etapa incluye un elemento central hueco (98), (116) y tiene una primera salida (118) en la pared del elemento central y una segunda salida (112) en la pared de la cámara, y se ha dispuesto un deflector (120) en la tercera etapa para hacer que el aire que entra en la cámara se mueva radialmente hacia el exterior, de forma que las partículas que permanecen en la corriente de aire se desplacen radialmente desde el centro de la cámara y salgan axialmente por la primera salida, para entrar en la segunda salida.

20. Aparato según la reivindicación 19, en el que el deflector (120) comprende un extremo inferior cónico del elemento central en la tercera etapa, cuyo vértice apunta hacia la corriente de aire entrante.

21. Aparato según la reivindicación 19, en el que una hélice (102) se extiende en torno al elemento central (98) para inducir un movimiento rotacional y axial a la corriente de aire a través de la tercera etapa, y la segunda salida (112) está situada axialmente más allá del extremo de salida de la hélice.

22. Aparato según la reivindicación 19, en el que la primera salida comprende una pluralidad de pequeñas aberturas (118) en la pared del elemento central (116) en la tercera etapa.

23. Aparato según la reivindicación 14, que incluye además una tercera etapa (260), situada corriente debajo de la segunda etapa (230), para separar las partículas que puedan quedar en la corriente de aire que pasa de la segunda etapa a la tercera, y en el que el paso central (258) de la segunda etapa comunica con la tercera etapa (260) para permitir que el aire entre en la tercera etapa desde la segunda, siendo la tercera etapa por lo general una cámara cilíndrica, el aire entra en la tercera etapa por lo general centralmente por uno de los extremos de la cámara, la tercera etapa incluye un elemento central hueco (270) y tiene una primera salida (280) en la pared del elemento central y una segunda salida (282) en la pared de la cámara, y se ha dispuesto un deflector en la tercera etapa para hacer que el aire que entra en la cámara se mueva radialmente hacia el exterior, de modo que las posibles partículas que quedan en la corriente de aire se desplacen radialmente desde el centro de la cámara y salgan axialmente por la primera salida, para entrar en la segunda salida, que comprende un elemento central rotatorio hueco (264), accionado por la turbina (238) en la segunda etapa (232) para imprimir movimiento rotacional a la corriente de aire que entra en la tercera etapa (260), haciendo de este modo que las partículas que quedan en el aire que entra en la tercera etapa migren hacia el exterior bajo la acción de la fuerza centrífuga, y la segunda salida (282) en la tercera etapa está situada para recoger estas partículas y volver a una etapa de separación anterior (230).

24. Aparato según la reivindicación 23, en el que la segunda salida (282) comunica a través de un paso con una segunda entrada (284) en la pared de la cámara de la segunda etapa, lo que hace que el aire que entra en la cámara de la segunda etapa (230) lo haga tangencialmente a la cámara y en la misma dirección en que está girando el aire en la cámara de la segunda etapa.

25. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, que incluye además un dispositivo de detección de nivel (74) en una región de recogida de partículas, para activar una alarma en el caso de que las partículas recogidas excedan de un volumen determinado.

26. Método de separar partículas de aire cargado con partículas por medio de un separador de varias etapas, según la reivindicación 1, en el que la primera etapa comprende una cámara generalmente cilíndrica, que tiene un elemento central hueco, que se extiende axialmente desde un extremo del mismo y que incluye unas aberturas en la pared del elemento central lejos del citado extremo, y en el que la separación de la primera etapa se consigue introduciendo aire tangencialmente dentro de la cámara cerca del extremo mencionado de la misma, estableciendo la entrada tangencial, en combinación con una región sin aberturas de la pared del elemento central, una masa rotatoria de aire en la cámara, que hace que las partículas más pesadas que el aire migren hacia las regiones exteriores de la cámara bajo la acción de la fuerza centrífuga, estableciendo una migración axial de la masa rotatoria de aire al aplicar succión al interior del elemento central para producir un movimiento axial del aire a través de la cámara antes de que pueda salir por las aberturas en la pared hemisférica o tronco-cónica del elemento central, y seleccionando la fuerza de succión de modo que las partículas cercanas a las paredes de la cámara tiendan a seguir una trayectoria progresiva, generalmente rotacional y axial, hacia el interior de la región de recogida de partículas de la cámara, mientras que el aire relativamente libre de partículas será aspirado radialmente hacia el interior, al seguir progresando axialmente, de forma que sale a una segunda etapa de separación, a través de las aberturas en la pared hemisférica o tronco-cónica del elemento central.