无扇叶风扇技术及命名讨论

摘 要：空气倍增器是由英国科学家詹姆斯·戴森发明的一种无扇叶的电风扇，又名无扇叶风扇。由于独特的工作原理让其摆脱了风扇扇叶这个部件，掀起了风扇行业的革命。文章介绍了无扇叶风扇的相关概念、产生背景及工作原理。

关键词：空气倍增器，无扇叶风扇，空气增压，附壁效应

中图分类号：N04；TM92 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0156-03

Air Multiplier—the Formal Designation of Bladeless Fan

LI Jie

Abstract：Dyson air multiplier is a bladeless fan invented by the famous British scientist James Dyson. Due to unique working principle to get rid of the blades， a fan industry revolution happened. This paper introduces the concept， the background， and the working principle of air multiplier.

Keywords：air multiplier， bladeless fan，air compression，Coanda effect

收稿日期：2014-06-25

作者简介：李洁（1982—），女，四川人，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心审查员，从事专利审查工作。通信方式：lijie_5@sipo.gov.cn。

引 言

自世界上第一台电风扇被发明以来，一百多年过去了，无扇叶风扇的发明使风扇行业终于迎来了一次伟大的变革。无扇叶风扇因为其开拓性和优异的节能、安全、环保性能在2009年被美国《时代》（TIME）杂志评为年度最佳发明之一。随着无扇叶风扇进入公众视线，其时尚新颖多变的造型，速度均匀、无脉冲波动的空气流，给人们带来了优越的视觉效果和使用体验。为了使读者对无扇叶风扇有更深入和广泛的了解，笔者在这里简单介绍无扇叶风扇的相关名词和概念。

一 无扇叶风扇的起源和工作原理

英国人詹姆斯·戴森受空气叶片干手器迫使空气经过一个小裂缝送出的原理启发[1]，发明了空气倍增器，英文全称为air multiplier，由于抛弃了传统电风扇必需的扇叶部件，又名无扇叶风扇（bladeless fan）。无扇叶风扇包括圆柱形座体和安装在座体上的环形表面，座体内安装有进气口和空气增压装置，空气从进气口被吸入后，经过空气增压装置升压后送入环形表面上的排气口，通过排气口喷射出的高速气流因附壁效应（Coanda effect）使排气口出风的流向发生改变，并带动风扇外部的空气吹向使用者，令使用者感受到稳定的吹风效果。

在空气升压过程中采用的空气增压装置和在环形排气口中使用的附壁效应是无扇叶风扇的核心技术。

二 空气增压装置分析和应用

空气增压装置包括电动机、叶轮（impeller）和叶轮罩[2]。叶轮是空气增压装置中不可或缺的核心部件，叶轮和传统电风扇中的扇叶在形状和功能上均不相同，叶轮由轮盘和安装在轮盘上的回转压气叶片组成。回转空气增压装置的工作步骤为：通过电动机带动叶轮高速旋转，在旋转离心力的作用下，叶轮罩中的气体经过回转压气叶片的扩压流动，使空气的压力和速度同时得到提高。

叶轮根据气流运动的特点分类为离心、轴流和混流式叶轮，其中采用混流式叶轮可以获得更高的风压和流量系数，这就是詹姆斯·戴森无扇叶风扇采用的叶轮类型。叶轮的加工方式包括铸造、焊接和数控加工，铸造精度低，特别是打磨和喷砂后叶片的表面难以精确控制，焊接费时费事且焊缝难以保证各方面性能，所以采用多轴数控技术尤其是五轴数控技术整体加工叶轮的方法日益普及。在现阶段的无扇叶风扇的国内专利申请中，大多集中在改变外观或者简单地改进结构组成，对于核心部件叶轮的压气叶片或空气增压装置的专利还比较少。

叶轮也被广泛应用于工业领域，尤其是动力机械的关键部件，比如在汽车的涡轮增压发动机中，通过叶轮压缩空气增加发动机的输出功率；在喷气式飞机中，空气被叶轮压缩后喷射产生的反作用力为飞机提供了动力。

三 附壁效应分析和应用

无扇叶风扇最明显的特征在于环状壁，现代感十足，然而其设计并不仅仅是为了美观，更重要的是利用环形壁形成附壁效应。附壁效应是指平顺流动的流体经过具有一定弯度的凸表面时，有向凸表面吸附的趋向。在无扇叶风扇中，从排气口喷射出的高压高速主气流沿环形壁内壁扩散，主气流引起外部环境的空气卷吸产生次气流，其中外部环境的空气主要包括环形表面中间的空气，以及由于总气流向前排出时后部产生负压导致的后方补入以平衡气压的空气，主次气流的结合使风扇的出风量得以显著放大，可以达到从进气口抽取风量的15倍[2]。

在工业领域，附壁效应被广泛地应用于飞机机翼的制造中，利用附壁效应诱导气流在机翼上表面产生比飞机和空气相对速度更大的气流速度，可以提高升力。附壁效应在蝶形飞行器的垂直起降和悬停能力上也发挥着决定性的作用，一方面飞行器的曲面壳体将气流引导向下方流动进而产生竖直方向上的力，另一方面当气流沿着曲面壳体表面流动时，壳体表面的静压降低，在壳体两侧产生压力差，这个压力差也可以产生垂直方向上的升力。在日常生活中，附壁效应用于抽油烟机中进行油烟的抽吸，用于空气清洁净化装置中进行空气分离。利用附壁效应制作的空气放大器有很大的使用范围，例如食品、机械、电子等产业，用于驱散烟雾和收集灰尘、锯屑、铁屑等小颗粒物质，以及利用放大的空气流冷却、干燥物体等[3]。已有产品例如美国的埃泰克（AIRTX）空气放大器等。

四 命名讨论

从上述结构和工作原理介绍可以看出无扇叶风扇中的“无扇叶”指的是没有传统电风扇的扇叶，在很多文献和专利中都将无扇叶风扇称为无叶风扇。由于其组成部件中具有压气叶片结构，因此称为无叶风扇并不正确。而且，通过空气增压装置和环形表面的附壁效应使空气流放大，最终导致了出风量的倍增，因此无扇叶风扇称为空气倍增器更恰当和准确。

五 无扇叶风扇面临的挑战和未来展望

无扇叶风扇作为新兴产品，在市场占有率上还无法和传统风扇抗衡，也存在许多需要改进的地方，比如功能单一、高速档位有噪声、风力不够理想、制作成本较高等问题，但这也为科研人员和企业带来了新的契机，可以不断对其进行改进。比如增加加湿功能、过滤净化功能、设置静音部件、通过串联或并联叶轮组的方式获得增强的加压效果等。詹姆斯·戴森无扇叶风扇推出的最新一代就比上一代的噪音减少了75%，甚至可以在录音室中使用。在不久的将来，随着科技的进步，推陈出新，无扇叶风扇的应用前景将更加广阔。

参考文献

[1] 何龙桥. 从戴森无扇叶风扇系列无效请求案看我国外观设计创新[J]. 中国发明与专利，2012（12）：27-29.

[2] 王旱祥，詹敏，徐海珍. 无叶风扇绕环出口分析与优化[J]. 流体机械，2013（5）：19-21.

[3] 张薇. 浅谈无叶风扇的原理应用工业前景[J]. 企业导报，2012（4）：285.