从专利角度看吸尘器过滤技术

徐晓梅+余俊荣

【摘要】 吸尘器已经越来越广泛地应用到家庭生活当中，吸尘器的过滤效果是衡量吸尘器整体性能的重要指标，因此，过滤器的过滤技术的发展，直接影响着吸尘器行业的整体发展，因此，从整体上了解过滤器的发展动态，把握过滤器的发展趋势，对吸尘器领域的工作人员，是非常有意义的事情。

【关键词】 吸尘器 过滤器 过滤效果 发展趋势

一、吸尘器的过滤手段分类

目前市场上或者正在投入生产的吸尘器中，通常采用的过滤手段分为两大类：水过滤器和干式过滤器。其中，水过滤器主要是实现了湿式的过滤清洁。相应地，干式过滤器主要是利用吸尘器过滤器自身的结构以及特性，实现灰尘与气体的分离，然后将分离后的洁净空气排出。由于不同类型的干式过滤器已经得到了非常普遍的应用，而水过滤器的应用较少，而且由于水的过滤性能有限，因此，笔者在此主要针对干式过滤器进行分析。

二、干式过滤器的技术发展脉络

2.1袋式过滤器

根据所采用的过滤器的材料、结构不同，干式过滤器的种类可概括为：袋式过滤器、尘杯式过滤器、尘杯滤材式过滤器、旋风式过滤器四种，下面笔者将对这四类过滤器进行梳理。袋式过滤器是吸尘器最早采用的过滤器的形式，主要就是在吸尘器内部安装一个具有过滤性能的集尘袋，以实现灰尘的过滤和收集。在1997年，德国（KARC ） KAERCHER GMBH&CO ALFRED公司就提出了关于袋式过滤器的专利申请（DE29704079U），该公司提出了使用袋式过滤器来提高过滤性能的思想为：将过滤袋进行折叠储存在吸尘器中，在吸尘器工作之前，过滤器处于褶叠状态，由此，在灰尘进入之后，随着灰尘量的增多，褶叠慢慢展开，由此，增加了过滤袋与灰尘的接触面积，也即增大了灰尘的过滤面积，提高了过滤的效能。但是这种形式的过滤袋，吸尘器容量固定后，不能允许过滤袋存在大量的褶叠，以避免随着灰尘的积累达到吸尘器的额定容量，褶叠不能得到充分的展开，造成了过滤袋资源的浪费。1999年，美国3M INNOVATIVE PROPERTIES CO提出了一个关于过滤袋的专利申请（US19990273521A），该申请从过滤袋所采用的材料上进行了改进，采用纤维过滤材料，利用纤维的吸附性吸附吸尘，这虽然能够避免采用褶叠所带来的资源损耗，但是随之带来的问题是纤维的吸附性能有限，若出现体积稍大的垃圾或者颗粒大的灰尘之后，在风机产生的吸力作用下，会迅速堵塞纤维缝隙，影响过滤袋的过滤效果。对于这一问题，2006年，欧洲的（WOLF-N） WOLF GMBH & CO KG公司提出了基于预过滤思想的专利申请（EP10153384A），該申请基于体积稍大的垃圾或者灰尘进行了预处理，在灰尘进入过滤袋之前采用预过滤或者粗过滤的形式，将垃圾进行适当拦截，如此一来，进入到纤维过滤袋的气流中含有的是颗粒较小的灰尘，提高了过滤效果。

2.2 尘杯式过滤器

采用过滤袋式的过滤器，由于过滤袋装满垃圾灰尘之后，将会连同过滤袋一起扔掉，不利于循环利用，造成资源浪费以及环境污染，因此有了尘杯式过滤器的出现。2001年，日本TOKYO ELECTRIC CO LTD公司提出的（JP2001385376A）指出，利用尘杯来实现过滤清洁，代替了传统过滤袋，灰尘装满之后，可以将尘杯中的垃圾倒出，尘杯继续使用。最初使用尘杯时，大颗粒灰尘落入到尘杯中，气流在流出尘杯时，没有其他的过滤措施，这也就导致从吸尘器排出的气流中含有灰尘，一方面会使得电机外围布满灰尘，使得电机发热，影响吸尘器的使用寿命，另一方面，含尘气流的再次排出，会造成二次污染，给居住环境带来困扰。2006年，日本HITACHI KUCHO SYSTEM KK 公司提出了利用HEPA的高效过滤器（JP2006264411A）来解决这一问题，HEPA（High efficiency particulate air Filter）为高效空气过滤器，在尘杯的排风口处设置HEPA高效过滤器，以达到对排尘气流的再过滤。另外，在排尘口处设置过滤器的思想衍伸，还有在尘杯的排风口处设置海绵等具有吸附能力的材料（CN200710057749A）。但是，随之而来的问题是，无论是海绵还是HEPA高效过滤器，其过滤能力均有限，在吸尘器工作的过程中，容易堵塞，从而降低过滤效率，为解决这一问题，2009年，欧洲专利（EP10195169A）提出了在吸尘器外部安装一个击打/振动部件，使其在吸尘器工作的过程中，能够对过滤器进行敲打，保证过滤器的及时清理并得以继续使用。除了在尘杯的排尘口处设置海绵或者HEPA过滤器之外，有相关公司还针对尘杯自身的结构进行了改进，例如2010年，乐金电子（天津）电器有限公司提出了（CN201010241408A）在过滤器上设置有凸棱，所述的凸棱功能在于改善排气结构周围的气体流动，从而使得在尘杯的初始过滤阶段，气流充分流动，增强了过滤效能。

2.3旋风式过滤器

旋风式过滤器使得带有灰尘的空气流在进入吸尘器内部后形成旋风，利用灰尘颗粒自身的重力以及容器壁的碰撞力跌入集尘盒中，能更好地分离灰尘和空气，借用离心力的工作原理能够保证吸尘器的吸力更加持久，因此而提高过滤效果。早在1972年，瑞典的伊莱克斯公司就提出了旋风过滤器的概念， 1981年，戴森技术有限公司提出了（US19810274252）提出了采用单个旋风过滤器进行过滤，2002年，泰怡凯电器（苏州）有限公司提出的专利申请（CN02218456）使得整个过滤筒体允许气流通过的总面积变大，灰尘在旋风分离时灰尘受到的离心力较大，因此增大了过滤面积，提高了过滤效果，2005年，宁波富达电器有限公司将旋风分离器与过滤材料进行有机结合（CN200520110276），使吸尘器气流在旋风过滤器中形成螺旋气流，将质量大的垃圾进行离心分离，由过滤材料构成的滤芯对气流进行二次过滤，提高了过滤性能。

除了将旋风过滤器与过滤材料相结合，还有基于旋风过滤器数量方面的改进，例如使用二个或者多个旋风过滤器，通过对二个或者多个旋风过滤器的不同结构组合，来提高过滤效果。 1999年，LG电子有限公司提出了双旋风筒的旋风过滤器（KR1019990017871A），通过增加一个旋风过滤器来提高过滤效果。2006年乐金电子（天津）电器有限公司申请的专利（CN200610014854）采用了二级旋风分离，从外部吸入空气中的异物进过旋风流动而被双重过滤，提高空气净化能力，增强过滤效果。2009年，戴森技术有限公司提出了使用多旋风筒，双层的旋风分离器（GB09200007），使得吸尘器在过滤效果上有了重大的突破，2011年，戴森技术有限公司提出了使用多旋风筒，多层的旋风分离器（GB11077801），这种高效能的过滤方式，大大提高了吸尘器的整体性能，因此倍受消费者喜爱，同时，戴森技术有限公司的吸尘器因其高效的分离效能，而引领吸尘器行业。

三、总结

以上笔者对干式过滤器的总体发展趋势以及发展脉络进行简要分析，过滤器在吸尘器工作过程中起到了非常关键的作用，过滤器过滤性能的好坏直接影响着吸尘器的总体性能，了解过滤器的发展状况是宏观上分析吸尘器发展状况的基础，因此，我们有必要掌握过滤器的发展现状以及今后的研发重点，积极推进我国家用吸尘器的发展，提高我国家用清洁设备的核心竞争力，并且做到能够有效规避专利纠纷和经营风险。