剖析氣旋科技 | 為什麼Dyson吸塵器吸力永不衰減?

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Dyson在做些什麼?

相信大家應該都或多或少聽過Dyson這間公司,如果不知道也沒關係,讓主廚來替您簡介一下!Dyson成立於1991年,主要販售家電類產品,舉凡吹風機、無葉風扇或是空氣清淨機等等,可以說是相當深入日常生活。其中最有名的莫過於手持吸塵器,而Dyson同時也標榜吸塵器吸力永不衰退,透過「手持」與「吸力永不衰退」這兩項特色,Dyson很快地改變吸塵器產業生態,成為獨霸一方的家電界龍頭。

吸力永不衰退真的可能嗎?

聽到這兒,你可能覺得哪有這種事情,集塵盒滿了不就堵住了嗎?

是的!所以這邊講的吸力永不衰退有個大前提:

在集塵盒尚未集滿的情況下吸力永不衰退。

等等,不對吧?

吸塵器只要持續吸塵,灰塵一樣會卡在濾網上,就算集塵盒沒有集滿,吸力也一樣會下降,不然我幹嘛每次都還要清集塵袋跟濾網。

相信用過吸塵器的你都曾經有過這種想法,而Dyson創辦人James Dyson也有同樣的困惱。花了數年的研發試驗,James Dyson終於解決這個問題,成功發明出無袋式吸塵器,那麼他究竟是怎麼解決這個問題的呢?

Dyson吸塵器的秘密 ─ 氣旋科技

Dyson透過「氣旋科技」來解決這項問題,那什麼是氣旋科技呢?聽起來有氣有旋,莫非是氣流旋轉?

氣旋科技透過高速氣流旋轉的離心力讓粉塵脫離流動方向,達到從氣流分離粉塵的效果。

那究竟要怎麼讓氣流產生離心力來分離粉塵呢?答案就是藉由旋風分離器(Cyclone Separator)來實現,如圖1所示。

從圖1我們可以得知夾帶灰塵的髒空氣進入旋風分離器後產生氣旋(氣流旋渦),藉由氣旋的離心力讓灰塵沿著壁面迴轉,由於灰塵密度遠大於空氣分子,作用在灰塵的離心力較高,灰塵就會順著離心力沉積在集塵空間,而氣流最終還是會沿著昇氣管被鼓風機排出。由於灰塵與氣流方向不同,就能達到粉塵分離的效果。也因為這樣,大部份灰塵不會堵塞在濾網上,實現了吸力永不衰退的效果。

旋風分離器結構說明
圖1 旋風分離器結構說明[1]

相信有人看到這兒還是覺得有些抽象。沒關係,底下的動畫更詳盡展示旋風分離器是如何分離粉塵,相信您看完後就能更加明白旋風分離器是如何實現粉塵分離。

氣旋科技的幕後功臣 ─ 旋風分離器

講到這兒,可能會有人覺得Dyson也太厲害了吧!竟然發明了旋風分離器來實現粉塵分離!

其實不然,旋風分離器本身並不是Dyson原創的,但Dyson的確是第一個將它應用在吸塵器的廠商。

最早的旋風分離器概念可以回溯到1885年來自於Knickerbocker Company的專利,但當時的旋風分離器概念與現代常用的設計還有段距離,直到1920年代才真正出現了接近現代概念的旋風分離器[2]。由於工業界經常會有回收特定粉粒或者是在氣體傳輸過程中不希望有任何粉塵影響後續製程的需求,再加上旋風分離器具有結構簡單、無動件與操作方便等優點,旋風分離器出現後最早是在工業界發光發熱,而工業界中也還有很多其他種粉塵分離方法,這部分以後有機會再寫專文介紹。

看準了旋風分離器這項特性,Dyson創辦人突發奇想地將旋風分離器應用在吸塵器上,而像這樣將來自不同領域的設計應用在自身領域,進而創造出具有全新附加價值的產品,也是現代創新相當重要的手法之一。

即使如此,加裝旋風分離器的吸塵器依然需要濾網,因為每個旋風分離器能夠過濾的粒子直徑有一定大小,這跟旋風分離器本身的種類、幾何參數、粒子種類、壁面材質,甚至是下方集塵空間都有關聯,所以太過細微的粒子仍需仰賴濾網捕捉,但藉由旋風分離器的設計能讓吸塵器吸力長時間維持,也同時減少更換濾網的次數,對於大多數消費者而言,肯定是更加方便!

今天的科技雞湯就到這裡,未來若有機會可以對旋風分離器做更加詳盡的介紹。下次去百貨公司看到Dyson吸塵器的時候,不妨跟朋友講講旋風分離器,也許朋友會很崇拜(鄙視)你喔!

參考文獻

  1.  M Nakhaei  et al., CFD Modeling of Gas–Solid Cyclone Separators at Ambient and Elevated Temperatures, Processes 2020, 8(2), 228
  2.  A.C. Hoffmann, L.E.Stein, Gas Cyclones and Swirl Tubes – Principles, Design and Operation, 2008

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