新型吸塵器過濾結構設計

摘? 要：吸塵器是常用的家用電器之一，通過吸收空氣帶走灰塵。吸塵器中的過濾結構可以允許空氣通過，并且將塵埃固定下來。為了保證吸塵器的性能，就需要做好過濾結構的設計，滿足清潔的要求，而且避免出現性能的削弱。該文研究了吸塵器過濾結構的設計。首先分析了吸塵器的工作原理和應用發展，然后研究了不同種類的吸塵器過濾結構的設計發展，包括集塵袋、塵杯和旋風過濾裝置，幫助設計人員更好地了解吸塵器的過濾結構設計，推動吸塵器技術水平的提升。

關鍵詞：吸塵器? 結構設計? 灰塵過濾

中圖分類號：TM92 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）04（a）-0035-02

1? 吸塵器的工作原理和發展

1.1 吸塵器的工作原理

吸塵器工作是內部電機帶動葉片高速旋轉，讓內部塵杯呈現出負壓甚至真空狀態，進而從進氣口吸入空氣，然后通過滾刷、軟管，進入塵杯的濾塵袋，將灰塵截留在濾塵袋內，干凈的空氣則進入電機，經過出口過濾器排出。吸塵器的過濾架構就是進行灰塵的過濾，用過濾片來防止濾塵網破裂，用過濾片來防止濾塵網破裂之后灰塵進入電機造成故障。

由于電機在運行過程中會有磨損，所以會在吸塵設備的吸氣口前再增加一道濾網，過濾材料比較細密，能夠過濾掉體積比較小的灰塵，但是透氣度相對比較差，會導致電機吸入的進風量低，降低吸塵器的效率。所以一般會使用波浪形網來增加透氣面積。

1.2 家用吸塵器的發展

家用吸塵器經過了較長時間的發展，已經成為了家庭清潔的重要設備。人們通過使用氣流來將灰塵吸入到容器當中，是吸塵器最開始的形態。后來，人們意識到吸塵器中的空氣可以從容器中抽出，這樣可以創造一個真空狀態，從而完成吸塵的工作。1898年，美國人瑟曼圣易路斯提供了地毯吸塵器的專利，這個吸塵器的原理在于壓縮空氣將吸塵器吸入到容器當中，也成為了比較現代的吸塵器。但是由于這種吸塵器操作不利，當時并沒有得到普及，所以吸塵器并沒有得到大規模的生產，而是以租賃的形式交給有需要的客戶。尤其是吸塵器最初并沒有實現小型化，體積十分龐大，并不容易移動，很不適合家庭使用。

隨著技術的發展，真空吸塵器被人們創造破出來，吸塵器最初并沒有刷頭和滾刷作為輔助，僅僅是通過長管來進行吸塵，使用內燃機來提供動力。隨著高速電機技術和過濾技術的成熟，原有的體積龐大的吸塵器被逐步淘汰，操作簡便、體積小巧的現代吸塵器被廣泛地使用。尤其是目前無線吸塵器的發展，讓女性也能輕松地在室內到處進行清潔工作，降低了日常生活打掃的壓力。

2? 吸塵器的過濾結構

2.1 袋式過濾

袋式過濾式吸塵器過濾結構的最早出現的形式，通過在吸塵器的內部安裝一個具有過濾能力的集塵袋，就能夠實現對灰塵的收集和過濾工作。為了提高袋式過濾的性能，對袋式過濾的設計思想為：過濾器要處于折疊狀態，這樣在灰塵隨著空氣進行吸塵器之前，過濾器都會折疊，在灰塵進入之后，由于灰塵和進入空氣的增多，折疊會在吸塵器的內部慢慢展開，這樣就增加了過濾面積，從而提高過濾的效果。但是這種方式的過濾袋在吸塵器吸入固定的量之后，不會允許吸塵器存在大量的褶疊，避免吸塵器的灰塵積累達到了吸塵器的額定容量。過濾袋的結構設計經過了一定的改進，通過食用纖維材料，利用纖維吸附來吸附灰塵，避免了由于褶疊所導致的資源消耗，但是纖維吸附的性能比較差，如果有大體積的垃圾或者大顆粒的灰塵進入，會導致纖維縫隙的堵塞，導致吸塵器的過濾效果降低。為此，又進一步進行了改進，在吸塵器吸入空氣和灰塵以后，灰塵會先進入粗過濾的海綿結構，這樣能夠將大顆粒、大體積的灰塵和垃圾進行攔截，然后再由過濾袋進行小體積灰塵的過濾，獲得了較好的效果。

2.2 塵杯過濾器

使用過濾袋式的過濾方法垃圾把過濾袋填滿之后，過濾袋需要和垃圾一同扔掉，會造成大量浪費，也不利于循環利用，還會繼續造成環境上的污染。為了解決這個問題，塵杯式過濾器就此提出。塵杯式過濾結構是使用塵杯替代傳統的過濾袋，來進行吸入空氣的灰塵過濾，塵杯里面灰塵滿了之后，就要將塵杯中的灰塵手動倒出，塵杯能重復使用。塵杯也同樣要面臨大顆粒灰塵落入其中的問題，如果沒有采取其他措施，就會導致吸塵器排出的氣流中也有一定的灰塵，這就會導致電機周圍充滿灰塵，增加電機的發熱，甚至影響電機氣隙，最終影響吸塵器的性能和使用壽命。其次，含有灰塵的氣流還會對空氣產生二次污染，不僅沒能提高居住環境的清潔程度，反而造成環境的破壞，會給生活帶來很多的困擾。

為了解決塵杯的問題，可以在塵杯的排風口加入高效過濾器來解決。使用高效過濾器（比如折疊海帕等）能夠對吸塵器的氣流進行再過濾，在排塵口處通過設置過濾器的基礎上，還可以在塵杯的排風口處設置海綿等富有吸附能力的材料，這樣也能夠將灰塵吸附住，避免排出的空氣不干凈。這些思路的問題在于海綿和高效過濾器的過濾能力都比較有限，導致在吸塵器吸附的過程中容易出現堵塞的情況，使得吸塵的效率降低，并且如果發生堵塞，吸塵器的吸塵功能無法正常使用。為了解決洗吸塵器的問題，就需要對過濾器進行敲打才能夠繼續使用。除了加裝海綿或者高效過濾器，還有的企業針對過濾結構進行了改裝，比如，在過濾器上設置凸棱，這樣能夠改善排氣結構周圍的氣體流動情況，讓塵杯能夠充分利用氣流的動能，提高過濾的效果。

2.3 旋風過濾器

旋風過濾器的主要特點在于，帶著灰塵進入吸塵器的空氣會在吸塵器的內部形成旋風，由于灰塵顆粒本身有一定的質量，依靠離心力的作用就會和容器壁碰撞，然后會跌入集塵盒中，從而讓吸塵器的灰塵和空氣更好地分離。這種使用離心力的工作原理可以讓吸塵器保持長時間的吸塵能力，并且具備非常好的過濾效果。

旋風過濾器的概念在很早以前就被提出過，戴森技術公司在1981年提出了使用單個旋風過濾器進行過濾的方案，2002年中國蘇州的泰怡凱電氣提出專利申請，讓整個過濾桶都有螺旋氣流通過。旋風過濾器的安裝可以擁有更大的面積，會產在旋風分離的時候離心力很大，這樣就增加了過濾的面積，提高了對灰塵過濾的效果。通過對旋風分離器和過濾材料的改良，也能夠在吸塵器內部形成螺旋氣流，這樣就能夠對質量較大的垃圾進行離心分離，再對濾流進行二次過濾，就保證了過濾的效果。

除了通過過濾器結構和材料的改進，也可以在設計時增加旋風過濾器的數量來獲得更好的效果，比如，在過濾結構中進行兩個或者多個過濾器的組合，通過反復過濾來保證過濾的效果。再比如，雙旋風筒過濾器，就是通過兩個旋風過濾器組合而得到的結構，這樣的機構能夠獲得很強的過濾效果。樂金電子在旋風過濾器的設計當中，使用了二級旋風分離技術，這樣就能從外部吸入空氣異物時通過旋風流動進行雙重過濾，有效提升了過濾器的效果。戴森使用了多旋風筒雙層的旋風分離器，讓吸塵器獲得了更好的過濾效果，通過多層旋風分離，獲得較高的過濾效果，提升了吸塵器的整體性能。

3? 結語

吸塵器的過濾結構設計對吸塵器而言十分重要，就目前的性能來看，旋風過濾是比較好的設計結構，下一步就是在旋風過濾器上優化結構，比如多旋風過濾器的串聯、并聯等。甚至可以使用干凈空氣反沖高效過濾器，達到一鍵自清潔，延長過濾器壽命。企業仍然需要加強對過濾結構的研發和投入，提高吸塵器的性能。

參考文獻

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作者簡介：周夢德（1986—），男，漢族，江蘇泰州人，本科，助理工程師，研究方向：商用凈水器研發。