戴森气旋分离吸尘器原型机的设计理念是什么样的？-住小帮

一、戴森气旋分离设计的由来

我们日常的民用产品中的技术，很多一部分是来源于军事和工业，吸尘器的尘气分离技术，也不例外，旋风分离技术面世已经有130多年历史。

第一台“旋风分离器”于 1885 年由美国人John M. Finch获得专利，并且将该设计应用于他的Knickerbocker公司，被用作“集尘器”。

旋风分离是一种通过涡流分离从气体流或液体流中去除颗粒的方法，而无需使用传统筛状过滤器，它利用的是不同物质在高速旋转下产生不同的离心力。旋转方向的力和重力合力下巧妙实现分离固体和流体的混合物。

空气以螺旋模式流动，从旋风分离器的顶部（大口径端）开始，在底部（小口径端）结束，然后以直线流离开旋风分离器，干净的空气穿过旋风分离器的中心并从顶部流出。旋转流中较大（密度较大）的颗粒有太大的惯性，无法跟随流的紧密曲线，因此撞击外壁，然后落到旋风分离器的底部，底部就是集尘器的尘仓。

早期，它被用于木工厂的木屑分离，下图中就是一个锯木厂里巨型的旋风分离装置：

在 1900 年代，这项技术通过在实际场景中提供大规模分离作用而在工业上获得了广泛的吸引力。另一位美国发明家OM Morse在1905年获得了一项类似的专利，发明了一种新的“集粉器”，这次被分离的对象变成了用于面粉厂中的粉尘，因为在当时发生过几起因为粉尘爆炸的事故。

在之后的七八十年内，气旋分离被应用于不同的工业场合，直到有一天，James.Dyson在木工厂观察到了这一巨型分离装置，他将这种巨型旋风装置设计成小型化，嵌入到当时的G-Force吸尘器，就是下图左边这台：

要知道，当时的吸尘器行业，还是以Hover、伊莱克斯这些传统吸尘器厂家为代表的，尘袋式过滤结构，这种结构的原理非常简单，就是通过一定密度的滤网来拦截无法透过的颗粒物，但是当尘袋累积的垃圾越来越多，尘袋上的无数缝隙被逐渐塞满，导致吸尘器的吸力下降，用户需要重新更换尘袋来恢复吸力。

Dyson想要找他们合作，通过他的旋风分离方式改进到当时的吸尘器行业，结果是不断地碰壁，我想不是因为技术，而是这种技术挡住了他们源源不断的尘袋销售的财路。

是金子总会闪光，最终一家日本公司给Dyson带来了机会，在之后的很多年里，Dyson不断演进他们的气旋技术，直至今天：

从单一的旋风分离、到双旋风、到多旋风、再到多级旋风，以及优化过的具体结构，比如锥底的微振动装置，这有助于减小越来越小尺寸旋风被堵塞的风险：

现在，越来越多吸尘器选用了Dyson引入的这种气旋分离装置，越来越多手持吸尘器采用了多锥体气旋分离设计。

我们先看几个例子，会好理解一些。

每个人都玩过的呼啦圈：

运动会上的铁饼运动：

以及，在大球体转动时，内部的各种小球开始分布在球壁上：

有一个规律显而易见——速度是离心力很重要的参数，呼啦圈要快速转动才会不掉下去，铁饼被投掷出去前运动员要快速转几圈，圆球的速度越快，内部小球就越均匀散布在大球球壁上。

很容易我就找到了关于离心力的公式：

上图公式中，离心力的三个因素：物体质量、圆周半径、速度（有的公式会用w角速度，其实角速度w和速度v是成正比的，与半径有关，所用用w或者v，对趋势研究来说是一样的）。

对应到吸尘器中，就是：

再详细一点：