ES2232636T3 - Aparato separador de polvo y particulas mejorado para separadores extractores. - Google Patents

Aparato separador de polvo y particulas mejorado para separadores extractores.

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ES2232636T3 ES01945515T ES01945515T ES2232636T3 ES 2232636 T3 ES2232636 T3 ES 2232636T3 ES 01945515 T ES01945515 T ES 01945515T ES 01945515 T ES01945515 T ES 01945515T ES 2232636 T3 ES2232636 T3 ES 2232636T3
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Abstract

Aparato para separar el material de partículas de una corriente de aire establecida por vacío, que comprende: (1) una cámara de separación primaria (12), (180), en la cual se separan las partículas de la corriente de aire por fuerza centrífuga; (2) una región principal de recogida de partículas (14), (196), en la cual las partículas separadas por la separación primaria pueden caer por la acción de la gravedad; (3) una segunda cámara de separación (90), (204), aguas abajo de la cámara primaria, a la que pasa aire y partículas no separados en la primera cámara; (4) una salida de aire (102), (112) en la cámara secundaria, a través de la cual puede salir aire prácticamente libre de partículas; (5) una región intermedia para recoger partículas (31), (185), (251), asociada con la cámara secundaria, en la cual se recogen las partículas tras la separación por la fuerza centrífuga del aire que pasa a través de la cámara secundaria; (6) una válvula entre la región intermedia para la recogida de partículas y una segunda región para la recogida de partículas, que tiene un elemento de cierre de válvula (41), (192), (252), que cierra la válvula mientras el aire pasa a través del aparato, pero que la abre cuando la corriente de aire ya no deja que las partículas que se encuentran en la región intermedia pasen al interior de la segunda región; caracterizado porque el elemento de cierre de la válvula (41), (192), (252) presenta una superficie cónica, semi-esférica o tronco-cónica a un asiento anular, que incluye una junta tórica a la que se acopla la citada superficie cuando se cierra la válvula.

Description

Aparato separador de polvo y partículas mejorado para separadores extractores.
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 los 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; o material en partículas de los líquidos-. En particular, aunque no de forma exclusiva, la invención se puede aplicar a aspiradoras, en las que se instala 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
En la separadora/aspiradora mostrada en PCT/
GB98/03306, el colector (14) recibe partículas de polvo y suciedad que han sido separadas por el segundo efecto ciclónico en la cámara cónica (73). Las partículas y el polvo debidos al efecto de separación del extractor primario en la región (13) se recogen en la región (31) del colector (32), y cuando el nivel del polvo y las partículas en (31) se acerca a la brida (21), hay que vaciar el colector (32). Para que la operación sea satisfactoria, es preciso mantener separado de (31) el interior de (14). No obstante, en la práctica se observa que, incluso cuando (31) está lleno, el volumen de partículas de polvo y de suciedad en (14) es una pequeña fracción del que se encuentra en (31), y el volumen útil de (32) se reduce muy sustancialmente con la cámara de recogida secundaria del extractor (14).
La Patente WO98/35601 ilustra un separador de aire -partículas, que incluye una válvula de mariposa (36), (37), que se cierra cuando se establece el caudal de aire. La válvula de mariposa está articulada en (38) y cuando cesa la corriente de aire, la válvula de mariposa desciende para adoptar una posición generalmente vertical dejando la abertura (36) libre, para permitir que el polvo que está dentro de (33) entre en el colector principal (27). La disposición presenta la desventaja de que, cuando el contenedor (27) se llena, el extremo inferior de la válvula de mariposa (37) cae dentro de la acumulación de polvo y otro material de partículas en (27) y penetra bajo la acción de la gravedad en las regiones superiores de esta masa de polvo, etc. Una vez restablecida la corriente de aire, el movimiento hacia arriba de la válvula (37), a través del material de partículas acumulado, tenderá a llevar parte del material al interior del alojamiento (33), contaminando de este modo la región del segundo extractor.
Uno de los objetos de la presente invención es ofrecer una disposición colectora de partículas mejorada para la recogida de partículas a partir de dos etapas de separación de un separador de aire/partículas multietapas.
Resumen de la invención
Según la presente invención, aparato para separar el material de partículas de una corriente de aire establecida por vacío, que comprende:
(1) una cámara de separación primaria, en la cual se separan las partículas de la corriente de aire por fuerza centrífuga;
(2) una región principal de recogida de partículas, en la cual las partículas separadas por la separación primaria pueden caer por la acción de la gravedad;
(3) una segunda cámara de separación, aguas debajo de la cámara primaria, a la que pasa aire y partículas no separados en la primera cámara;
(4) una salida de aire en la cámara secundaria, a través de la cual puede salir aire prácticamente libre de partículas;
(5) una región intermedia para recoger partículas, asociada con la cámara secundaria, en la cual se recogen las partículas tras la separación por la fuerza centrífuga del aire que pasa a través de la cámara secundaria;
(6) una válvula entre la región intermedia para la recogida de partículas y una segunda región para la recogida de partículas, que está cerrada mientras el aire pasa a través del aparato, pero que se abre cuando la corriente de aire ya no deja que las partículas que se encuentran en la región intermedia pasen al interior de la segunda región, donde
(7) el elemento de cierre presenta una superficie cónica, semi-esférica o tronco-cónica a un asiento anular, que incluye una junta tórica a la que se acopla la citada superficie cuando se cierra la válvula.
La segunda región de recogida puede estar separada de la región principal de recogida de partículas, aunque, ventajosamente, la región principal de recogida de partículas comprende también la segunda región de recogida de partículas.
El dispositivo de válvulas puede funcionar manualmente, o por electricidad, aunque preferentemente, la válvula funciona en respuesta a la corriente de aire a través del aparato y se cierra cuando la corriente de aire alcanza y supera un caudal determinado, y se abre cuando la corriente fluida de aire cae por debajo de un caudal determinado.
La válvula puede comprender una válvula de bola, que tiene una bola cautiva de poco peso, que se eleva con la corriente de aire para cerrar un orificio en un extremo de la cámara secundaria y que vuelve a caer bajo la acción de la gravedad, abriendo el orificio cuando cesa la corriente de aire.
Se puede disponer un deflector aguas abajo de la válvula para reducir la tendencia del material que ha superado la válvula a ser reaspirado por la misma mientras se establece el caudal de aire.
Se puede disponer un deflector entre las regiones intermedia y segunda para crear un recorrido tortuoso del material de partículas a través de las mismas.
En cualquier caso, el deflector puede comprender una hélice.
El punto de entrada de la hélice puede estar separado de la salida de la cámara secundaria de separación.
La distancia entre la entrada a la hélice y la salida de la cámara secundaria de separación oscila entre 4 y 6,4 mm.
La hélice puede tener dos vueltas completas.
Por lo general, existe una separación del orden de 4 mm entre la bola y el asiento de válvula cuando está abierta.
El asiento de la válvula puede incluir una junta anular, de modo que cuando se mantiene la bola contra la misma debido al vacío, el aire no tiene tendencia a pasar por donde está la bola.
Se puede disponer ventajosamente un resorte, que actúa sobre el elemento de cierre en un sentido, para abrir la válvula.
Preferentemente, se dispone de un dispositivo detector de nivel en la región de recogida de partículas o en cada una de ellas, para indicar cuándo el contenido de la región de recogida ha alcanzado cierto nivel, por lo que precisa ser vaciado.
El dispositivo detector suele incluir un interruptor para generar una alarma y/o interrumpir la alimentación de corriente al dispositivo generador de vacío.
La invención se describirá ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales,
la figura 1 es una vista en alzado, parcialmente en sección transversal, de la aspiradora con extractor de tres etapas (separador), donde se recogen las partículas de polvo de la etapa secundaria en una tolva suplementaria, separada de la tolva que recoge las partículas de polvo del separador primario;
la figura 2 es una vista en alzado, también parcialmente en sección transversal, de un extremo inferior modificado de la cámara secundaria de separación de la figura 1, que contiene una válvula de control de flujo entre el extremo inferior del separador secundario y una única tolva para recoger las partículas de polvo;
la figura 3 es una vista en alzado, parcialmente en sección transversal, de un separador ciclónico alternativo preferido, de tres etapas, modificado para incluir una válvula que comprende una junta como la mostrada en la figura 2, con el fin de no necesitar una tolva suplementaria para la recogida de polvo;
la figura 4 es una sección transversal de un extremo inferior modificado, en el interior de la válvula de control de flujo para detectar cuando el contenido de polvo/partículas de la tolva supera una altura determinada;
la figura 5 es una vista en alzado, en sección transversal, de otro separador de partículas - aire de tres etapas;
la figura 6 y 6A constituyen una perspectiva y en alzado, en sección transversal, desde debajo de otra válvula de bola, que incluye una junta que se utiliza en el separador de la figura 5, y
las figuras 7 y 8 muestran una primera etapa alternativa para el separador de la figura 5, que incorpora otra válvula que constituye una realización de la invención.
Descripción detallada de las figuras
La figura 1 ilustra una realización de aspiradora con extractor (separador) del tipo al que se puede aplicar la presente invención.
Como se muestra en las figuras, el dispositivo comprende una entrada de succión (10), 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 (12) y el extremo superior de un tambor colector de polvo y suciedad (14). La parte inferior (14) suele ser un ajuste suave (16) con la región superior (12) e incluye un asidero (18). Una vez que está lleno, el tambor (14) se separa del extremo superior (12) y se vacía. El ajuste suave debe proporcionar una buena junta de estanqueidad entre (12) y (14) o es preciso incorporar un cierre anular separado.
La entrada tangencial de la corriente de aire hace que el aire entrante circule en el interior de la región cilíndrica (12) 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 (14), 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 (20), a la región hemisférica de la pared (22), del elemento situado axialmente en el centro de la región cilíndrica (12).
Después de pasar a través de los tubos (20), el aire asciende hacia el interior de la cavidad cilíndrica superior (24), de la cual sale a través de la puerta (26) y es transportado hasta la puerta de entrada (28) en el extremo superior de una cámara cónica (30), en la cual se produce la segunda etapa de separación.
El extremo superior (32) del alojamiento cónico (30) es a su vez cilíndrico y la entrada (28) comunica tangencialmente con la región cilíndrica, de la misma forma que la entrada (10) comunica con la región cilíndrica (12).
Se podrá apreciar que, cuando la altura del polvo y de las partículas en el tambor (14) comienza a aumentar, la corriente de aire que gira en la región (12) podría tener la tendencia a aspirar polvo y partículas desde el montón, en la parte superior del tambor (14), 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 (12). Para reducir ésta tendencia, se ha provisto un deflector hemisférico (34), de forma que sólo exista una región anular estrecha (36), a través de la cual las partículas y el polvo puedan caer de la corriente de aire giratoria a la región (12) en el interior del tambor (14). El deflector (34) sirve para separar la corriente de aire giratoria en la región (12) del contenido de polvo y de partículas del tambor (14) y reduce el riesgo de que el polvo y las partículas en (14) sean arrastrados al interior de la corriente de aire giratoria en (12).
La superficie hemisférica (22) se une a la superficie hemisférica curvada opuesta del deflector (34), donde se juntan ambas con el extremo inferior del alojamiento cónico (30).
Por consiguiente, éste último proporciona el soporte central para el deflector (34) y para la superficie hemisférica (22) que contiene las aberturas de salida (20).
Se podrá ver que la presencia del extremo inferior del alojamiento cónico (30) penetra y por lo tanto hace que las dos superficies hemisféricas (22) y (34) sean incompletas.
Dentro de la región cilíndrica superior (32) está situada una turbina, designada (38), soportada por un eje hueco central (40), cuyo extremo inferior está formado por una superficie tronco-cónica (42), que sirve de accionador extractor para la cámara cónica (30).
El aire que entra en la región cilíndrica (32) a través de la puerta (28) hace que la turbina gire y la corriente de aire giratoria establecida por la entrada tangencial de la puerta (28) dentro de la región cilíndrica (32) es la causante de un extractor en espiral hacia abajo, en la forma ya conocida de por sí. El polvo y las partículas arrastrados en la corriente de aire en espiral tienden a depositarse en el extremo inferior de la cámara cónica (30), donde pasan a través de una abertura circular (44) al interior de una tolva colectora secundaria (46) después de circular primero en torno a un deflector helicoidal (48) en el extremo superior de la tolva secundaria (46).
Esta última tiene también configuración cónica y es complementaria del alojamiento cónico (30). El interior de la tolva cónica secundaria (50) sirve para recoger el polvo y las partículas separadas por el extractor establecido en la cámara cónica (30), pero se verá que la pared de la tolva secundaria (46) separa el interior (50) de la región anular (52), dentro de la cual se recoge el contenido separado de polvo y partículas procedentes de la tolva de corriente de aire primaria (12).
El centro de la hélice (48) presenta un extremo circular plano (54), a poca distancia por debajo del paso cilíndrico (44), que conduce desde el extremo de la cámara cónica (30), y el diámetro de (44) suele ser del orden de 10 mm y la distancia entre el extremo abierto de (44) y la placa (54) es del orden de unos pocos milímetros. La espiral de aire descendente en espiral dentro de (30) invierte su sentido dentro del extremo inferior (30) para formar un extractor central ascendente en espiral (no mostrado), que se mueve en el sentido general de la flecha (56) para pasar dentro y a través del interior hueco (58) del eje (40) y entrar en una región cilíndrica, por encima de la región cilíndrica (32) que aloja la turbina (38). El paso de (58) a (60) se hace a través de ventanas como (62) en un cubo perfilado de forma tronco-cónica (63), montado sobre el eje (40) para poder girar con la turbina (38). Las paredes superior e inferior del cubo perfilado (64) y (66) respectivamente están cerradas, de forma que el aire que pasa al interior de la región central del cubo perfilado (63) sólo pueda salir a través de las ventanas, como (62). Las bridas que se extienden radialmente, como (65), situadas entre las ventanas imprimen una rotación a la corriente de aire existente cuando entra en la región cilíndrica (60) y el aire se mueve en espiral hacia arriba pasando por la cámara (60), ayudado además por una hélice en rotación (68), montada sobre un segundo eje horizontal (70) que gira con el cubo perfilado (63).
El aire procedente de (58) no puede pasar axialmente al interior (78) del segundo eje hueco (70), sino que tiene que pasar a través de las ventanas (62) y después de circular en torno a la cámara (60), puede pasar al interior de (78) del eje superior (70) por unos orificios como (80) en la pared del eje superior, o pueden salir de la cámara (60) a través de la salida (82), volviendo a entrar la corriente de aire por debajo del cubo perfilado (63) a través de una puerta de entrada (84) situada en la región cilíndrica (32) en el extremo superior de la cámara de ciclón cónica (30). La puerta (84), al igual que la puerta de entrada (28), se une con la región cilíndrica (32) en sentido tangencial, de modo que el aire entrante procedente de (82) circulará en torno a la región cilíndrica (32) y además contribuirá a que gire la turbina (38) y se unirá con la corriente de aire entrante a través de (28), para atravesar la cámara cónica (30) una vez más, antes de seguir hacia el centro de (30), tal como se ha descrito anteriormente, y entrar en la región (58).
Debido a la forma en que se recoge el aire de la cámara superior (60) a través de la puerta (82), el aire que sale a través de la puerta (82) incluirá, de preferencia, polvo o partículas más pesadas que el aire que se encuentran cerca de la cámara (60) y por consiguiente, la vía de retorno a (84) tenderá a incluir polvo y partículas que no han sido separados por la etapa de separación final en la región (60), mientras que el aire que entra en la región (78), a través de los orificios (80), tenderá a estar libre de polvo y partículas.
Aunque no se muestra en detalle, (78) comunica con un dispositivo de succión (79), como un ventilador o una turbina accionado por un motor eléctrico o similar, cuya acción es aspirar aire en el sentido de la flecha (74) 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 (10) 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 1 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 (78), 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 extractor se ven incrementadas y por lo tanto se mejora la eficacia de separación.
Debido a que el eje hueco (70) gira con el cubo perfilado (63) y no se desea que la pared (86) gire, se requiere una junta de estanqueidad rotacional (88) entre la parte giratoria (70) y la parte estacionaria (86). Esto puede comprender por ejemplo el achaflanado complementario de las superficies de los extremos entre las dos paredes cilíndricas con material de soporte en (90) y (92), tal como se muestra en la figura 1a.
Aunque se describe como una sola turbina, (38) 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 (38) según lo indicado, y cada uno está afianzado sobre el eje (40) 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 1b es una vista en sección transversal por la región cilíndrica (12) de la figura 1, y muestra la entrada tangencial (10) y la forma cilíndrica de la pared de la cámara cónica (30) donde está seccionada, el orificio pequeño en el extremo inferior de la cámara (30) y el bosquejo cilíndrico intermedio de la pared (22) donde la superficie hemisférica (22) está cortada por la sección transversal.
La figura 1c es una sección transversal por CC en la figura 1 y muestra cómo la puerta de salida (26) comunica con la región cilíndrica (24) y ayuda además a mantener la masa de aire en rotación cuando sale para adentrarse en la región (24) debido a la salida tangencial (26) de la misma.
La figura 1d es una sección transversal por DD en la figura 1 y muestra una disposición de puerta de entrada (28) y puerta de retorno (84) a la región de la turbina (38).
La figura 1e es similar a la figura 1d, si bien muestra posiciones alternadas para las puertas (28) y (84), si se desea.
El criterio importante es que una masa de aire en rotación en (32), establecida al entrar el aire en (28), tenderá a pasar con turbulencia por la puerta (84) y seguirá con su movimiento circular en torno a (32), en lugar de entrar en (84). De la misma forma, el aire reintroducido en (32) a través de (84) será igualmente arrastrado al interior de la corriente de aire en rotación inducida por la entrada de aire por (28) y el aire no tendrá tendencia a entrar en la puerta (28) durante su movimiento de rotación dentro de (32).
Para mayor claridad, no se muestran las hojas de la turbina en las figuras 1d y 1e, pero en cambio en la figura 1f, sí se muestra la turbina. Esta muestra un eje hueco (40), una región central (58) y ocho hojas de turbina curvadas, una de las cuales lleva el número (41). Como se muestra en la figura 1f, la turbina es vista desde arriba, ya que se podrá ver que el aire que entra en la región (32) deberá estar dirigido contra la superficie (43) de la hoja (41) (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 (40), cada una de ellas tiene la misma configuración que la mostrada en la figura 1f, aunque la mitad de la profundidad axial de (38), 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 1f, y una de ellas lleva el número de referencia (45).
La figura 1g es una sección transversal por la figura 1 a lo largo de la línea GG y muestra la puerta de salida (82) que comunica tangencialmente con el interior cilíndrico (60) y la pared cilíndrica (70) del eje hueco sobre el que está montada la hélice (68), cuyo extremo superior se muestra en (69).
Se podrá apreciar que la hélice está ajustada de forma relativamente precisa dentro del alojamiento cilíndrico que define la cámara (60).
Aunque no se muestra en la figura, se ha considerado ventajoso que las aberturas (80) de la pared (70) comiencen a poca distancia del comienzo de la hélice en el extremo inferior (70) y terminen a poca distancia antes del final de la última vuelta de la hélice en el extremo superior de (70).
Por lo general, las aberturas (80) son circulares y tiene un diámetro de 1,7 mm y se han formado aproximadamente 1200 agujeros de este tipo en la pared (70).
Por lo general, la hélice tiene un ángulo del orden de 2º a 10º, habitualmente 4º.
La figura 2 muestra una modificación del extremo inferior del tubo de separación cónico del extractor (30). El extremo inferior termina en la cámara (31) en lugar de la boquilla cilíndrica (44) de la figura 1, y dentro del alojamiento (31) está situada una hélice que corresponde al elemento (48) de la figura 1.
La distancia entre la superficie interior (54) de la región central de la hélice (40) y el extremo inferior del tubo cónico (30) se elige para lograr el objetivo deseado, es decir, acceso libre de polvo y partículas en el sentido de las flechas (33) y (35) interior de la hélice y después al interior de la región inferior de la cámara (31), aunque transferencia mínima de polvo o partículas en dirección opuesta.
Una jaula (39) se extiende por debajo de la cámara (31), dispuesta simétricamente respecto del asiento de válvula formado por la junta hermética (37). Dentro de la jaula, hay una bola (41) que puede cooperar con la junta del asiento de válvula (37) para cerrar la apertura hacia el interior de la cámara (31). 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 (31), hará que la bola se eleve y se convierta en un elemento de cierre de válvula al entrar en contacto con el retén labial (37).
La jaula incluye una base (43) cuya cara superior interna está formada como una pirámide de poca altura en (45), 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 de asiento de válvula (37).
Si se modifica el aparato de la figura 1, tal como se muestra en la figura 2, puede prescindirse de la tolva secundaria (46). Se dispone ahora de la totalidad del tambor (14) para almacenar el polvo y las partículas recogidos por el proceso de separación, en la etapa primaria de separación en la región cilíndrica (12) o en la etapa secundaria causada por el efecto de ciclón inverso dentro del alojamiento cónico (30).
La disposición de la figura 2 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 (14) y se elevará a través de la jaula (39), la abertura definida por el asiento de válvula (37), a través de la hélice (48) y al interior del alojamiento cónico (30). No obstante, el flujo de aire elevará la bola (41) que se acoplará con la junta hermética (37) (como se muestra en línea de puntos) cerrando la abertura en el extremo inferior de la cámara (31) y después, el aparato funcionará prácticamente en la forma descrita con referencia a la figura 1. La diferencia principal es que las partículas y el polvo separados por efecto del extractor en el alojamiento cónico (30) saldrán ahora en el sentido de las flechas (33) y (35) y después de atravesar la hélice (48), permanecerán en la cámara pequeña (31). Cuando cesa el flujo de aire, como por ejemplo al final de la sesión de limpieza, la bola (41) cae de inmediato a su posición inferior desde la posición mostrada por la línea de puntos en la figura 2, y el polvo y las partículas de suciedad que se encuentran en la cámara (31) caerán por la abertura en torno a la bola y saldrán a través de las aberturas en la jaula (39) para unirse al resto del polvo y partículas de suciedad recogidas dentro del tambor principal (14).
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 (41) con la junta hermética (37) y la recogida de polvo y partículas de suciedad en la cámara (31). Cuando se desconecta nuevamente el aparato, el polvo y las partículas de suciedad recogidas en (31) 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 (14).
La bola (41) y la junta hermética (37) representan por lo tanto una válvula de una vía que, en combinación con la hélice (48), evita que el polvo y las partículas de suciedad entren en el extremo inferior del alojamiento cónico (30) 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 (30), hasta que es conveniente mezclar las partículas de suciedad y el polvo recogido en el mismo con los que quedaban del tambor (14).
La figura 3 ilustra un aparato de separación de extractor alternativo que incorpora las características asociadas con la etapa de separación primaria y la tolva colectora de polvo (14). Por consiguiente, este aire cargado de polvo que entra en (10) es impulsado, como antes, a moverse siguiendo un recorrido circular dentro de la región (12). Las partículas de polvo tienden a caer hacia la parte inferior de la tolva (14) y el aire con muchas menos partículas de polvo contenidas en su interior, pasa a través de los agujeros pequeños (20) y al interior de la región colectora anterior, para salir por (26).
En la disposición mostrada en la figura 3, el flujo de aire, ahora sin polvo, pasa al interior del extremo superior de una cámara intermedia (90) a través de la puerta de entrada (92). Al igual que ocurre con la puerta de entrada (20), la puerta de entrada (92) es tangencial a la sección transversal, generalmente circular de la cámara (90) 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 (90), empieza a descender describiendo una trayectoria helicoidal definida por una hélice (94), ajustado, y apretado dentro de la cámara (90), alrededor del vástago hueco central (96).
El aire sale de la cámara (90) y pasa por un gran número de pequeños agujeros formados en la pared del vástago hueco (96). Este último comunica con una cámara superior (98), dentro de la cual se encuentra otra hélice (100), cuya finalidad se describirá más adelante.
Uno de los agujeros en la pared del vástago (96) lleva el número de referencia (102). Se ha comprobado que resulta ventajoso que los agujeros comiencen a poca distancia (medida alrededor del vástago) después del comienzo de la hélice (96), y termine a corta distancia (medida en torno 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 (96) se extiende hacia abajo, hacia las regiones inferiores de la cámara (90) y termina en un cierre cónico (104) 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 (90). 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 (41), y liberadas al interior de la tolva colectora (14) en el extremo de la sesión de vaciado, tal como se describe en relación con la figura 2.
El aire que pasa a través de los pequeños agujeros (102) y se eleva por el interior hueco del vástago (96) del que se eliminarán nuevamente el polvo y las partículas de suciedad, ascenderá hacia el interior de la cámara superior (98) y será desviado por el extremo cónico que se extiende hacia abajo (106) en el extremo inferior del tubo cilíndrico (108), 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 (100) en torno al tubo (108), ajustada y apretada dentro del alojamiento cilíndrico (98), de forma similar a cómo la hélice (94) ocupa la cámara (90). 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 (110) del tubo entre el extremo inferior de la hélice y el cierre cónico opuesto descendente (106) con una pared perforada que contiene un gran número de aberturas pequeñas, una de las cuales lleva la referencia (112).
El aire que entra en la cámara (98) pasará en parte a través de los orificios (112) y ascenderá a través del tubo (108). 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 descendiente (106). 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 (100) en lugar de cambiar de dirección y entrar en los agujeros pequeños (112) en la sección (110). Una vez que el aire cargado de partículas ha entrado en la hélice, sólo puede atravesar la cámara (98) a través de la hélice, y salir por la salida (114) en el extremo superior de la cámara (98), desde donde es devuelto a una segunda entrada o entrada de retorno (116) en el extremo superior de la cámara intermedia (90). Ahí es arrastrado por la corriente de aire entrante de la entrada (92) 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 (94) una vez más para ser recogido tal como se describe en la cámara pequeña debajo de la hélice (48), dejando que pase aire limpio a través de las aberturas (102).
Se han logrado niveles de eficacia muy elevados utilizando aparatos como los mostrados en la figura 3.
El extremo inferior de la jaula (39) mostrada en la figura 2 y en la figura 3, incorpora un dispositivo detector de nivel como el mostrado en la figura 4. Como se muestra en las figuras 2 y 3, el extremo inferior de la jaula (39) 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 4.
El interior del alojamiento tronco-cónico (118) aloja un micro interruptor (122), que tiene un brazo de maniobra (124) que, si se inclina hacia arriba, cambia el estado del interruptor.
Un diafragma de membrana flexible (126) se extiende por una abertura en el lado inferior del alojamiento (118). El diafragma se mantiene en su sitio mediante una grapa circular u otro dispositivo de retención (128) y está diseñado de modo que si la altura del montón de polvo y las partículas de suciedad en la tolva (14) es de tal índole que entra en contacto con y comprime la membrana - diafragma (126), el interruptor será conectado y se cerrarán los contactos (o se abrirán según el caso).
Una conexión eléctrica, como (128), conecta los contactos del interruptor con un reté 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 visualizador 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 2 y 3, se puede incorporar también un dispositivo detector de nivel en el colector interior o exterior (50), (52), de la figura 1. Si se genera una señal de aviso, en asociación con la disposición de la figura 1, esto indica convenientemente si está llena la tolva colectora interior o la exterior.
En el separador, mostrado en la figura 5, el aire cargado de partículas es aspirado por la entrada (174), una vez que se establece el vacío al conectar un ventilador / turbina (176) que produce el vacío, accionado por motor. El flujo de aire entrante es, por lo general, tangencial a la pared del alojamiento cilíndrico (178) y se hace por lo tanto que constituya una masa de aire que circula en torno a la región (180) en el extremo superior del alojamiento. En el centro, se encuentra un inductor de remolino cilíndrico (182) que se extiende al interior de una envuelta hemisférica (184), que contiene un gran número de aberturas muy pequeñas (186) a través de las cuales puede pasar el aire.
Por debajo de la superficie (184), se encuentra un recubrimiento curvado convexo, similar, aunque opuesto (188), que se extiende casi hasta la pared interna del alojamiento (178). En el centro de (182) y (184), se extiende una superficie tubular tronco-cónica (185), de forma axialmente descendente para comunicar con una abertura (190) en el centro del recubrimiento (184). Una bola de poco peso (192), que ocupará normalmente el extremo inferior del alojamiento (194), ascenderá, bajo el efecto de un flujo de aire ascendente a través del alojamiento (194), para acoplarse y cerrar la abertura (190) tal como se muestra en (192') mediante una línea de puntos.
La rápida circulación del aire en torno a (180) 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 (178) y caerán bajo el efecto de la gravedad, más allá del recubrimiento (188), en el interior de la región colectora de partículas (196) del alojamiento (178). Este último consta de dos partes, la parte superior (180) y la parte inferior (196), y esta última tiene un asidero (198) para ayudar a llevarlo cuando está lleno y se va a vaciar.
La fuente de vacío (176), que induce un flujo de aire a través de (174), lo hace a través de las aberturas (186), de modo que el flujo de modo entrante cambiará eventualmente de dirección y pasará por las aberturas (188) y por el interior de la envuelta (184) y el accionador de remolino (180) al interior de un colector (200) que tiene una salida en (201) desde la cual, el aire ahora en gran medida libre de partículas, es transportado a través de una tubería (no mostrada) hasta una entrada (202) de una etapa de separación ulterior, contenida dentro de un alojamiento cilíndrico (204) montado coaxialmente encima del alojamiento (178) y el colector (200). El colector (204) incluye una primera extensión axial tronco-cónica que se extiende hacia abajo (203), que conduce a un segundo elemento tronco-cónico (206). El interior de (204) comunica con la tolva colectora de partículas (196) cuando la válvula de bola (190), (192) está abierta y el elemento tronco-cónico (106) proporciona la superficie tronco-cónica (85) previamente mencionada.
En el centro del alojamiento (204), se encuentra un tubo que se extiende hacia abajo (208), cuyo extremo inferior está coronado en (210), presentando la pared cilíndrica de la corona una abertura en (212).
Por encima de la corona (210), se encuentra un deflector helicoidal de dos vueltas (214) en el extremo superior de (204), circunferencialmente alejado de (202) en una segunda entrada (216) a la que vuelve desde la tercera etapa el aire que contiene partículas.
El tubo (208) sirve de salida del aire desde (204) y la corriente de aire que pasa a través de (208) es desviada circularmente en todas las direcciones por un extremo cónico que mira hacia abajo (218), de un cierre cilíndrico de un elemento tubular que se extiende axialmente (220) en un alojamiento cilíndrico (222). La pared cilíndrica del cierre tiene aberturas en (224) para proporcionar una salida desde el interior de (222) a la fuente de succión (176).
El aire que contiene partículas procedentes de (208) tiende a desprenderse de las partículas, cuando el aire desviado en sentido radial, al encontrarse con la cara extrema cónica (218), cambia repentinamente de dirección y vuelve en sentido radial hacia las aberturas de la corona (218) al encontrarse con el interior del alojamiento (222). Las partículas tenderán a ser aspiradas hacia el extremo inferior de una hélice de tres vueltas (226) y después de atravesar la hélice, las partículas salen del alojamiento (222) por la salida (228) para volver a través de una tubería (no mostrada) a la entrada (216), en la cámara (204), mezclándose con el aire entrante cargado de partículas procedente de (202), separándose del mismo al pasar nuevamente por la hélice (214) y el remolino que se desplaza hacia y desde el extremo inferior de (206).
El aire prácticamente libre de partículas sale a través de las aberturas (224) por el tubo (220) hacia la fuente de succión (176) y se comprueba que la separación global puede ser tan eficaz que no se necesita ningún filtro en el recorrido a través de (220) hasta la fuente (176).
Como se muestra en la figura 6, la bola está libremente contenida dentro de un alojamiento cilíndrico (194), cuyo extremo superior (230) está sujeto de forma hermética al extremo inferior abierto del recubrimiento (184) de la figura 5. Los salientes radiales (232), (234) evitan que la bola caiga a través del extremo inferior abierto del alojamiento (194) y, como se muestra en la figura 6A, se han dispuesto cuatro salientes radiales de este tipo (232), (234), (236) y (238). Cerca del extremo superior abierto del alojamiento (194), se encuentra un saliente anular (240) que forma un asiento de válvula, que coopera con la bola (192) para cerrar el paso de aire a través de la abertura (242) 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 (192) es algo inferior al interior del alojamiento (194), las partículas que se recogen por encima de la bola (192) (cuando está en su posición superior mostrada en 192') pueden caer por debajo de la bola y salir por los espacios como (244), (246), (248) y (250), y salir del alojamiento hacia la tolva (196).
Las figuras 7 y 8 ilustran la forma en que se puede utilizar la válvula construida según la invención. La válvula está situada dentro de un alojamiento (251) y comprende una barra cónica (252) en el extremo inferior de un husillo (254), en cuyo extremo superior se encuentra una copa (256). Un asiento de válvula (258) retiene una junta tórica (260), contra la cual se empuja la superficie cónica de la barra (252) para cerrar la válvula, una vez que la corriente de aire se ha establecido a través del aparato. El husillo (254) se extiende por la barra y es recibido de forma deslizante, en una guía (262), en un elemento transversal (264) que se extiende por el extremo inferior del alojamiento (251). El elemento transversal (264) y la guía (262) se muestran en la vista parcial de la figura 4A.
Las partículas pueden caer a través del orificio abierto del tubo (185) (mostrado en la figura 5) durante el funcionamiento y permanecer encima de la barra (252) hasta que cese la corriente de aire, tras lo cual la barra se cae y las partículas pueden pasar a través de la superficie cónica de la barra y en torno al elemento transversal (264), hacia el interior de la tolva común (196).
Se puede poner un resorte (no mostrado) entre la superficie cónica (252) y el extremo superior (266) del recinto (251) (o entre la copa (256) y el extremo (266), de forma que, en cuanto disminuye la corriente de aire, la válvula de la barra se abre bajo la acción del resorte.
Se puede incorporar en el diseño del separador mostrado en las figuras 5 y 7 un dispositivo detector de nivel (no mostrado).
En los casos en los que aparece en los planos una hélice, el ángulo de la misma suele ser del orden de 2º a 10º y de preferencia del orden de 4º.

Claims (12)

1. Aparato para separar el material de partículas de una corriente de aire establecida por vacío, que comprende:
(1) una cámara de separación primaria (12), (180), en la cual se separan las partículas de la corriente de aire por fuerza centrífuga;
(2) una región principal de recogida de partículas (14), (196), en la cual las partículas separadas por la separación primaria pueden caer por la acción de la gravedad;
(3) una segunda cámara de separación (90), (204), aguas abajo de la cámara primaria, a la que pasa aire y partículas no separados en la primera cámara;
(4) una salida de aire (102), (112) en la cámara secundaria, a través de la cual puede salir aire prácticamente libre de partículas;
(5) una región intermedia para recoger partículas (31), (185), (251), asociada con la cámara secundaria, en la cual se recogen las partículas tras la separación por la fuerza centrífuga del aire que pasa a través de la cámara secundaria;
(6) una válvula entre la región intermedia para la recogida de partículas y una segunda región para la recogida de partículas, que tiene un elemento de cierre de válvula (41), (192), (252), que cierra la válvula mientras el aire pasa a través del aparato, pero que la abre cuando la corriente de aire ya no deja que las partículas que se encuentran en la región intermedia pasen al interior de la segunda región;
caracterizado porque el elemento de cierre de la válvula (41), (192), (252) presenta una superficie cónica, semi-esférica o tronco-cónica a un asiento anular, que incluye una junta tórica a la que se acopla la citada superficie cuando se cierra la válvula.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que una segunda región colectora (50) está separada de la región colectora principal de partículas (52).
3. Aparato según la reivindicación 1, en el que la región colectora de partículas principal (196) comprende también la segunda región colectora de partículas.
4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de válvulas se puede hacer funcionar manualmente.
5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de válvulas se puede hacer funcionar eléctricamente.
6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la válvula funciona en respuesta a la corriente de aire a través del aparato, de modo que se cierra cuando la corriente de aire alcanza y supera cierto caudal determinado y se abre cuando la corriente de aire fluido cae por debajo de un caudal determinado.
7. Aparato según la reivindicación 1, en el que se ha colocado un deflector (54) entre las regiones intermedia y segunda para crear una vía tortuosa, para que pase por la misma el material de partículas.
8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el deflector es una hélice (48).
9. Aparato según la reivindicación 8, en el que existe un espacio entre la entrada a la hélice y la salida de la cámara de separación secundaria, espacio que es del orden de 4 a 6,4 mm.
10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el resorte actúa sobre el elemento de cierre en un sentido, para mantener abierta la válvula.
11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende además un dispositivo detector de nivel (122), (124), (126) en la región colectora de partículas o en cada una de ellas, para indicar cuándo el contenido de la región colectora ha alcanzado cierto nivel y necesita vaciarse.
12. Aparato según la reivindicación 11, en el que el dispositivo detector de nivel incluye un interruptor, que genera una alarma y/o interrumpe la alimentación de corriente a un dispositivo productor de vacío (79), (176).
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