Пылесос - Webnode

Пылесос
Пылесо́с — устройство для уборки пыли и загрязнений с поверхностей за счёт
всасывания потоком воздуха. Пыль и загрязнения накапливаются в пылесборнике, из
которого они должны регулярно удаляться. Первые пылесосы были изготовлены
в США в 1869 году.
Первый известный патент на пылесос, патент США № 29077, получен 10 июля1860
года американцем Дэниелом Хессом. «Подметатель ковров», как назвал своё устройство
изобретатель, был оборудован вращающейся щёткой и сложной системой мехов для
создания всасывающего воздушного потока. По пути воздух проходил через две водяные
камеры с целью очистки от пыли и грязи. Нет никаких свидетельств, что такая машина
когда-либо производилась.
В 1868 году Айвз Макгаффни из Чикаго изобрёл пылесос «Уирлвинд» (Whirlwind). В
верхней части пылесоса располагалась ручка, соединённая ременной передачей с
вентилятором. Ручка приводилась в движение рукой. Пылесос был лёгким и компактным,
но неудобным в эксплуатации из-за необходимости одновременно крутить ручку и
толкать устройство по полу. Макгаффни получил патент на своё изобретение и стал
продавать его, основав бостонскую компанию American Carpet Cleaning Company. Стоил
пылесос 25 долл. — немалая сумма по тем временам (в то время один американский
доллар составлял около 23 граммов серебра). Большинство пылесосов Макгаффни были
проданы в Чикаго и Бостоне, и часть их, вероятно, сгорела в Великом чикагском пожаре.
Лишь два «Уирлвинда» сохранились до наших дней, один из них экспонируется в
историческом центре компании Hoover.
Вслед за Макгаффни другие изобретатели также стали производить и продавать
механические пылесосы.
3 октября 1899 года Джон С. Тормен из Сент-Луиса получил патент на бензиновый
пылесос. Некоторые исследователи считают его изобретателем первого пылесоса с
мотором.
Патент на электрический «подметатель ковров и собиратель пыли» получила в
декабре 1900 года Коринн Дюфур из штата Джорджия. Её пылесос обладал двумя
вращающимися щётками и электрическим насосом, а пыль собиралась на мокрую
тряпку.[6] Устройство было непрактичным и не пользовалось спросом.
30 августа 1901 года британец Хьюбер Сесил Бут получил патент на электрический
пылесос. Он обратил внимание на применявшееся в поездах устройство для сдувания
пыли с сидений и решил, что было бы гораздо практичнее всасывать пыль. Для проверки
идеи Бут положил платок на сиденье обеденного стула и попытался всосать ртом как
можно больше пыли. Обнаружив, что пыль собралась на нижней части платка, он понял,
что его идея работоспособна. Бут сконструировал большое устройство, известное как
Puffing Billy, приводимое в движение сначала нефтяным, а потом электрическим мотором.
Устройство перевозилось лошадьми и парковалось снаружи дома, а для чистки ковров
использовался 30-метровый шланг, протягивавшийся через окно. Бут основал British
Vacuum Cleaner Company. Среди клиентов Бута была королева Виктория, а также
британское адмиралтейство: очистив от пыли бараки британских моряков, компания Бута
положила конец эпидемии чумы. Интересен случай, происшедший с Бутом после чистки
монетного двора: его задержала полиция, обвинив в краже золота. Дело в том, что Бут
забыл выбросить пыль, и в его пылесосе скопилось большое количество золотого песка. В
первые годы XX века в Британии даже вошли в моду vacuum cleaner parties: леди из
высшего общества пили чай, наблюдая, как служащие Бута чистят ковры в доме.
Аналогичную компанию основал Джон С. Тормен в Сент-Луисе. Услуги его компании
стоили 4 долл. в 1903 году.
Один из первых пылесосов — Elmo производства компании «Сименс», 1906 г.
Ещё продолжали совершенствоваться и механические пылесосы. В 1905 году Уолтер
Гриффитс из Бирмингема создал «Griffith’s Improved Vacuum Apparatus for Removing Dust
from Carpets», использовавший меха для засасывания пыли. Его пылесос был
портативным, компактным и напоминал современные пылесосы.
Между 1903 и 1913 годами изобретатель Дэвид Т. Кенни из Нью-Джерси получил 9
патентов на технологии, связанные с пылесосами. В 1919 году была основана Ассоциация
производителей пылесосов, членство в которой требовало лицензии на его патенты.
В 1910 году П. А. Фискер (P. A. Fisker) запатентовал электрический пылесос, название
которого он взял из телеграфного адреса компании: Нилфиск. Этот пылесос весил всего
17,5 кг и мог приводиться в действие одним человеком. Компания, основанная Фискером
и его компаньоном Нильсеном (Nielsen) существует до сих пор и называется NilfiskAdvance.
Пылесос «Nilfisk» (1920)
Но ещё до Фискера, в 1907 году, Джеймс Мюррей Спранглер создал портативный
электрический пылесос из вентилятора, палки от швабры, и наволочки от подушки.
Критически важным элементом пылесоса была вращающаяся щётка. Не имея средств для
самостоятельного производства пылесосов, Спранглер продал свой патент на пылесос с
вращающейся щёткой (полученный им в 1908 году) мужу своей кузины, У. Х. Хуверу (W.
H. Hoover).
После Второй мировой войны
В течение многих лет пылесосы оставались предметом роскоши, но после Второй
мировой войны они стали распространённым у среднего класса предметом обстановки.
Пылесосы на циклонном принципе (используется центробежная сила для отделения пыли
и твёрдых частиц) стали популярны в 1990-х, хотя некоторые компании (в частности,
Filter Queen и Regina) производили такие пылесосы с 1928 года. Первый пылесос-циклон
без мешка для мусора, CMS 1000, был запатентован компанией Amway в 1959.
В 2004 году британская компания выпустила Airider — пылесос, способный, подобно
Hoover Constellation, висеть на воздушной подушке.
В 2008 году вышел из строя самый старый из действующих пылесосов, после того, как он
проработал 70 лет.
В СССР многие модели выпускаемых пылесосов имели выпускной (нагнетательный)
патрубок такого же конструктива, как и всасывающий. Это давало возможность при
необходимости использовать пылесос как компрессор, мощности которого хватало,
например, для покраски (побелки) потолков меловыми белилами методом
краскораспыления. Иногда к пылесосу прилагался такой распылитель несложной
конструкции.
Пылесосы можно разделить по предназначению на бытовые и промышленные. По
мобильности — на переносные и стационарные.
Основными узлами современного пылесоса являются:
1. Насос, создающий разрежение. Почти всегда приводится в движение коллекторным
электродвигателем;
2. Воздухоочиститель, отделяющий пыль от воздуха, и собирающий её в пылесборнике;
3. Набор сменных щёток для эффективного удаления загрязнений с различных
поверхностей (ковры, паркет, мебель и т. д.)
Также пылесос может комплектоваться шлангом (за исключением малогабаритных
ручных моделей и некоторых пылесосов «американской» компоновки с насосом,
встроенным в щётку), трубой, а также насадками, расширяющими его функциональность
(насадки-пульверизаторы, насадки для накачки надувных мячей и т. д.). Пылесосы
бывают напольные, ручные, ранцевые, щётки-пылесосы, централизованные и
автоматические (роботизированные).
Пылесосы с пылесборником
Сюда относят модели с фильтрующим мешком-пылесборником, в котором при уборке
задерживается и собирается пыль, грязь и другие мелкие частицы. Пылесборник может
располагаться внутри корпуса пылесоса (такая конструкция наиболее распространена в
Европе) или на рукоятке (американский вариант).
Различают две основные категории пылесборников:
Несменные матерчатые пылесборники — постоянно находятся внутри пылесоса и
вытряхиваются по мере наполнения, после чего, устанавливаются обратно в пылесос.
Несменные пылесборники сделаны из ткани и задерживают только крупную пыль,
пропуская и распыляя в воздухе после уборки опасную мелкую фракцию пыли.
Сменные пылесборники — изготавливаются из бумаги или композиционного нетканого
материала и промываются или выбрасываются при заполнении, после чего в пылесос
вставляется новый пылесборник. Лучшие модели нетканых пылесборников способны
задерживать пыль до 0,3 микрон и достигают класса фильтрации HEPA14.
HEPA (англ. High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Absorbing — высокоэффективное удержание частиц[1]) —
вид воздушных фильтров тонкой очистки. Используется в пылесосахи системах очистки воздуха.
Фильтры такого типа были изобретены в 40х годах, во время развития ядерного проекта США. Использовались для улавливания
радиоактивных частиц на предприятиях ядерной промышленности.
Фильтр изготовлен из длинного листа волокнистого материала (диаметр волокон 0,65-6,5 микрон, расстояние между ними 10-40
микрон), сложенного гармошкой, а также корпуса с элементами, удерживающими лист в сложенном состоянии.
Эффективность HEPA-фильтров оценивают по количеству частиц размером до 0,06 микрона на литр воздуха, которые выбрасываются
обратно в среду после прохождения фильтра. Классы фильтров: HEPA 10 (50000), HEPA 11 (5000), HEPA 12 (500), HEPA 13 (50), HEPA
14 (5)
HEPA-фильтры образованы системой волокон сложной формы. Обычно используются стеклопластиковые волокна с диаметром от 0,5
до 2 мкм. Основные факторы, влияющие на работу — диаметр волокна и толщина фильтра. Воздушное пространство между волокнами
HEPA фильтра значительно больше 0,3 мкм.
Представления о том, что фильтр действует как сито, где частицы меньшие, чем крупнейшие отверстия могут пройти через фильтр,
неверны для HEPA-фильтров. Эффект сита справедлив и для HEPA-фильтров, однако играет негативную роль, приводя к
преждевременному загрязнению, уменьшению скорости фильтрования и даже к выходу из строя фильтра. Несмотря на крайнюю
нежелательность этого эффекта, избавиться от него практически невозможно.
HEPA-фильтры рассчитаны на фильтрацию небольших частиц. Эти частицы улавливаются волокнами при помощи следующих
механизмов:
1. Эффект зацепления (interception) проявляется если линия тока воздуха проходит близко (на расстоянии порядка толщины волокна
или ближе) к фильтровальному волокну. Частицы прилипают к волокнам.
2. Эффект инерции (impact) проявляется для крупных частиц. Благодаря большой инерции частицы большого диаметра не способны
огибать волокна, следуя по искривлённой траектории в потоке воздуха, и задерживаются в одном из них. Поэтому они продолжают
прямолинейное движение до непосредственного столкновения с препятствием. Этот эффект увеличивается с уменьшением
пространства между волокнами и увеличением скорости воздушного потока.
3. Эффект диффузии (diffusion) представляет собой столкновение мельчайших частиц загрязнений, с диаметром меньше 0,1 мкм, с
частицами газа с последующим замедлением первых при прохождении через фильтр. Такие частицы начинают совершать движения в
стороны от линий воздушного потока на расстояния, превышающие их диаметр. Такое поведение подобно броуновскому движению и
увеличивает вероятность того, что частица остановится окончательно под действием одного из вышеуказанных механизмов. При
низких скоростях воздушного потока этот механизм становится доминирующим.[4]
Диффузионный механизм преобладает при фильтрации частиц с диаметрами меньше 0,1 мкм. Зацепление и инерция преобладают для
частиц более 0,4 мкм в диаметре. Частицы размером порядка 0,2-0,3 мкм фильтруются не столь эффективно, они называются Most
Penetrating Particle Size (MPPS). Класс фильтра определяется именно по MPPS.
Для людей с астмой рекомендуются пылесосы класса фильтрации HEPA H12 и выше
(например HEPA H13).
Преимущество таких пылесосов, прежде всего, в простоте и надёжности конструкции. К
недостаткам можно отнести необходимость регулярной покупки фильтров и снижение
мощности всасывания по мере заполнения фильтра.
Пылесос-циклон
В пылесосах, использующих «Циклон» для очистки воздуха, отсутствует мешок для сбора
пыли — вместо этого пыль за счёт центробежных сил отделяется от потока воздуха и
скапливается в специальном съёмном контейнере. Воздух последовательно проходит
через каскад циклонов разного размера, но окончательная очистка воздуха производится в
сменном фильтре тонкой очистки. К преимуществам таких пылесосов можно отнести
отсутствие необходимости использования сменных фильтров (за исключением
микрофильтра) и очистки мешков, а также постоянную мощность всасывания, не
зависящую от степени заполнения контейнера. Из недостатков — большее потребление
энергии, сильнее шум, так как в циклонах воздушные потоки создают турбулентность.
Кроме того, ошибка или заложенные при проектировании циклона параметры частиц
пыли могут привести к тому что эффективного отделения мелкой и легкой пыли, волокон
в циклоне происходить не будет и она будет быстро забивать фильтр крупных частиц
после циклона, моторный фильтр, фильтр тонкой очистки, то есть необходимости
слишком частой покупки и замены этих фильтров. Пожалуй, весьма подходящим данный
вариант пылесоса будет для очистки полов в помещениях, где в составе грязи на полу
превалирует песок и другие тяжелые и относительно крупные частицы (например,
коридоры общественных зданий, проходные), которые оседая на дне циклона не повлияют
на силу всасывания пылесоса и не заставят пользователя опустошать контейнер дольше,
чем при использовании в жилых помещениях.
Пылесос с водяным фильтром
В пылесосах такого типа очистка воздуха производится путём его распыления в ёмкости с
водой. Распространены три типа таких пылесосов: барботажные, сепараторные и с
использованием перегородок/вспенивателей.
Все типы водяных пылесосов имеют сложности с микропылью из материалов, которые не
смешиваются или трудно смешиваются с водой, к примеру древесная и бетонная пыль.
Поэтому иногда устанавливается дополнительный фильтр HEPA.
Все типы водяных пылесосов надлежит опорожнять и мыть после окончания работы и
хранить в вентилируемом состоянии для предотвращения образования плесени и
повреждений из-за влажности.
Барботажные пылесосы
В барботажных пылесосах всасываемый воздух проходит через стоячую воду, вся пыль
задерживается непосредственно в ёмкости с водой, а для отделения воды и грязи на
выходе (обычно по центру) находится пористый фильтр. Достоинства этого варианта возможность всасывания большого количества жидкости, в том числе с пенящими
средствами. Недостатки - повышенный шум, относительно низкая степень фильтрации и
трудность очистки. Примеры барботажных пылесосов: Philips Triathlon 2000, Aqualaser
Vacuum Jet HY Plus, многие промышленные пылесосы.
Сепараторные пылесосы
В сепараторной конструкции в пылесосе находится сепаратор - турбина, которая создает
центрифугальную силу, прижимая воду к стенке и пропуская очищенный воздух через
себя. Сепаратор усиливает контакт влаги с водой при одновременном снижении
сопротивления воды. Недостатки такого подхода - стоимость конструкции,
необходимость чистить сепаратор, невозможность всасывания дополнительных объемов
жидкости и применения пенящихся моющих средств. Примеры сепараторных пылесосов:
Delphin, Hyla.
Пылесосы с перегородками
Пылесосы с перегородкой создают фонтанирование воды путем пропускания ее через ряд
перегородок или спиралей, отражающих, вскручивающих и вспенивающих воду, получая
сопоставимый с сепаратором результат, без усложнения конструкции. Недостаток такой
конструкции в невозможности применять пенящиеся моющие средства, у моделей с
небольшой емкостью - невозможность всасывать дополнительные объемы жидкости.
Примеры пылесосов с перегородками: Thomas Twin TT, First Austria FA 5546-2/5546-3,
Kaercher DS 6000.