流体输出构件和包括该流体输出构件的流体容器

摘要

本发明涉及对流体容器的输出构件的改进，具体提供一种流体输出构件和包括该流体输出构件的流体容器。本发明旨在解决使用诸如茶壶或冲茶机等容器时发生的挂杯问题。为此目的，本发明的流体输出构件包括贯穿其中的通孔，并且该流体输出构件包括位于其第一端的流体入口和位于其第二端的流体出口，所述流体入口连接到流体容器上的开口并与流体容器的内部连通。所述流体输出构件的第二端的外端面的底侧设置有凹槽从而在所述流体输出构件的第二端的唇缘处形成尖锐边缘。该流体容器例如可以是冲茶机。由所述凹槽形成的尖锐边缘能够有效地减少甚至消除上述挂杯问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体输出构件和包括该流体输出构件的流体容器，具体涉 及对冲茶机、电热水壶、咖啡机、茶壶等容器的壶嘴的改进。

背景技术

饮用茶、咖啡或其他类似饮品的人经常遇到的一个烦恼是，在倾倒茶水等 饮品时它们会附着到壶嘴的底侧。这种现象被称为挂杯效应或挂杯现象，即， 饮品从壶嘴的外缘沿着壶嘴底侧向内回流。这些液滴会沿着壶嘴向下流淌到容 器的外侧，从而弄湿或弄脏容器下面的材料－例如桌布。具体请参见图1至3， 其中示出了Duez等人在Phys.Rev.Lett.vol104,2010上发表的、名称为“消除 挂杯现象(Beatingtheteapoteffect)”的文章中给出的茶壶示意图。具体而言， 图1示出了挂杯现象不太严重的茶壶的壶嘴。图2示出了挂杯现象非常严重的 茶壶的壶嘴，此时茶水顺着壶嘴底侧流到了壶体和桌面上。图3比较性地示出 了没有挂杯现象的茶壶的壶嘴。

除了会造成不美观和不卫生的状况之外，这些液滴还会对电热水壶、冲茶 机或咖啡机等电器产品造成安全隐患，尤其当它们渗入所述电器内部时更是如 此。

现有技术中已经存在针对上述问题进行改进的技术文献。例如，美国专利 US6431417B1中公开了一种用于倾倒液体的壶嘴。该壶嘴对现有技术的改进在 于，其在壶嘴的内部通孔的底部形成了一个阶梯状的突起，用于在终止液体倾 倒动作时(即，在茶壶从倾倒位置向直立位置转换的过程中)截断液流，从而 起到缓解挂杯效应的作用。

然而，本领域技术人员容易理解的是，由于该阶梯状突起形成在距离壶嘴 端口一段距离的位置，而不是形成在壶嘴端口处，在终止液体倾倒动作时，对 于已经越过该突起的液体而言，该突起并不能有效缓解由其引发的挂杯现象。 此外，由于形成了阶梯状突起，每次倾倒时都会在该阶梯处残留一定量的茶水， 久而久之便会在该位置形成难以清理的污垢。再者，由于该内部通孔中的阶梯 状突起使壶嘴的外壁上也形成了相应的突起，因此严重影响了整个茶壶的美 观。

就理论层面而言，已有多篇学术论文研究了挂杯效应。Duez等人在上述 文章中对此现象的总结是：挂杯效应是液体的惯性力和壶嘴表面引发的粘滞力 共同作用的结果。具体而言,液体从壶嘴的流出角度的偏转程度取决于下列因 素：(1)壶嘴的表面湿润性；(2)液体的流速；和(3)固体表面的边缘曲 率。

根据该研究结果的启示，为了在倾倒液体时不产生滴漏，壶嘴应当设计成 具有如下特征：(a)低的表面湿润性；(b)倾倒通道的构造使流体具有高流 速；和(c)壶嘴具有小曲率半径的尖锐边缘。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题。具体而言，本发明旨在减少 或消除倾倒液体时容器的壶嘴边缘处发生的挂杯或滴漏现象。

为此目的，本发明提供一种用于电热水壶、冲茶机、咖啡机等流体容器的 新型壶嘴。本发明的关键点在于确保液体流出容器时具有较高流速以及在壶嘴 的外缘处形成具有小曲率半径的尖锐边缘。

具体而言，本发明提供一种用于流体容器的流体输出构件，所述流体输出 构件包括贯穿其中的通孔，并且所述流体输出构件包括位于其第一端的流体入 口和位于其第二端的流体出口，所述流体入口连接到所述流体容器上的开口并 与所述流体容器的内部连通。所述流体输出构件的特征在于，所述流体输出构 件的第二端的外端面的底侧设置有凹槽从而在所述流体输出构件的第二端的 唇缘处形成尖锐边缘。关于此点，需要指出的是，当本申请中描述“形成尖锐 边缘”时，意味着上述凹槽被定位成最大程度地靠近所述流体输出构件的第二 端的外端面，否则便无法形成尖锐的边缘来有效抑制挂杯现象。

所述凹槽在流体输出构件的底侧形成了一个空穴，该空穴增加了液体从底 侧回流的难度。并且，当紧邻所述流体输出构件的第二端的外端面在底侧形成 凹槽时，所述流体输出构件的第二端的唇缘处就会形成小曲率半径的尖锐边 缘，该尖锐边缘能够非常有效地减轻或消除挂杯现象。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述流体输 出构件的第二端的外端面与水平方向成≤90度的角。相应地，当所述流体输出 构件的第二端的外端面与水平方向成≤90度的角时，从该流体输出构件流出的 流体在重力作用下仅产生垂直向下的分量和水平向外的分量，不会产生朝向该 构件底侧的重力分量，从而可以缓解挂杯现象。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述凹槽的 形状是下列各项中的至少一种：弧形、三角形、矩形、正方形、多边形。这些 形状仅仅是示例，只要能与所述外端面的角度配合而在流体输出构件的外缘处 形成尖锐的边缘，凹槽显然也可以采用其他形状。在这些形状中，弧形凹槽和 三角形凹槽是优选的。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述流体输 出构件的第二端的外端面与水平方向之间的角度在75－80度的范围内。这个 区间的角度设置既可以保证形成所述尖锐边缘，又可以使流体输出构件的外观 比较美观。更优选地，所述流体输出构件的第二端的外端面与水平方向之间的 角度为78度。根据发明人反复实验的结果，当所述流体输出构件的第二端的 外端面与水平方向之间的角度选定为78度时，能够在确保美观的同时最大程 度地消除挂杯现象。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的更优选的实施方式中，所述流 体输出构件的方向设置成当所述流体容器处于直立位置时，所述流体输出构件 处于基本水平的位置。相应地，这种平直的定位有助于在倾倒时增加流体穿过 该输出构件的速度，从而减轻或消除挂杯现象。另外，在流体输出构件平直定 位的同时，如果有效地延长该流体输出构件的水平长度，则能增加液滴向容器 本体回流的难度，从而减轻或消除挂杯现象。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述流体入 口的内径大于所述流体出口的内径，并且所述通孔的内径从所述流体入口到所 述流体出口逐级或逐渐减小。这种通道直径逐级或逐渐减小的缩径设置也会在 倾倒时增加流体穿过该输出构件的速度，从而减轻或消除挂杯现象。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述通孔具 有阶梯型结构并且包括第一部分和第二部分，所述第一部分是直径渐缩的截头 圆锥形，而所述第二部分是在下游与所述第一部分相连的圆柱形。也就是说， 所述通孔是一个截头圆锥形加上一个圆柱形的组合形式。在这种情况下，该圆 柱形的直径等于该截头圆锥形的小直径。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述通孔还 包括第三部分，所述第三部分是在下游与所述第二部分相连的直径渐缩的截头 圆锥形。相应地，所述通孔是一个截头圆锥形依次加上一个圆柱形和一个更小 的截头圆锥形的组合形式。也就是说，所述通孔是一个截头圆锥形依次加上一 个圆柱形和一个更小的截头圆锥形的组合形式。在这种情况下，该圆柱形的直 径等于该大截头圆锥形的小直径并且等于所述小截头圆锥形的大直径。

无论是一个截头圆锥形加上一个圆柱形的组合形式，还是一个截头圆锥形 依次加上一个圆柱形和一个更小的截头圆锥形的组合形式，都形成了通孔内径 逐级减小的构造，从而能在倾倒时增加流体穿过该输出构件的速度，以便减轻 或消除挂杯现象。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述通孔具 有阶梯型结构并且包括第一部分和第二部分，所述第一部分是直径渐缩的截头 圆锥形，而所述第二部分是在下游与所述第一部分相连的直径渐缩的截头圆锥 形。也就是说，所述通孔是一个截头圆锥形加上另一个截头圆锥形的组合形式。 在这种情况下，第二个截头圆锥形的锥度既可以大于也可以小于第一个截头圆 锥形的锥度。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述通孔是 内径从所述流体入口到所述流体出口的直径渐缩的截头圆锥形。也就是说，所 述通孔是单个截头圆锥形的形式。在这种情况下，该截头圆锥形的锥度可以根 据例如期望流速、输出构件的外观等因素来合理地选择。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述通孔具 有阶梯型结构并且包括第一部分和第二部分，所述第一部分是圆柱形，而所述 第二部分是在下游与所述第一部分相连的直径渐缩的截头圆锥形。也就是说， 所述通孔是一个圆柱形加上另一个截头圆锥形的组合形式。在这种情况下，所 述截头圆锥形的大直径等于所述圆柱形的直径。

关于通孔结构，需要指出的是，尽管本申请仅列举了包括三个、两个或一 个部分的通孔内径结构，但是本领域技术人员容易理解的是，上述“通孔内径 的逐级减小结构”涵盖包括任意多个部分的通孔内径结构，本领域技术人员完 全可以根据本发明的逐级减小的技术启示来对通孔各个部分的数目作出改变， 这些改变都不背离本发明的由上述“通孔内径的逐级减小结构”限定的保护范 围。举例来说，只要能够形成内径逐级减小的结构，本发明的通孔内径也可以 是“截头圆锥+圆柱+截头圆锥+圆柱”、“圆柱+截头圆锥+圆柱+截头圆锥”、“截 头圆锥+圆柱+截头圆锥+圆柱+截头圆锥”等各种组合型式。

在根据前述技术方案所述的流体输出构件的优选实施方式中，所述流体容 器是下列饮品容器中的至少一种：冲茶机、咖啡机、电热水壶、茶壶。更优选 地，所述流体容器是冲茶机，并且所述流体输出构件是所述冲茶机的壶嘴。并 且，所述壶嘴既可以是可拆卸的，也可以与所述冲茶机的主体一体形成。

根据本发明的另一个方面，提供一种流体容器，该流体容器包括根据上述 任一技术方案所述的流体输出构件。

根据本发明的又一个方面，提供一种冲茶机，该冲茶机包括根据上述任一 技术方案所述的流体输出构件。

附图说明

图1示出了挂杯现象不太严重的茶壶的壶嘴。

图2示出了挂杯现象非常严重的茶壶的壶嘴。

图3比较性地示出了没有挂杯现象的茶壶的壶嘴。

图4示意性地示出了根据本发明的冲茶机，该冲茶机的壶嘴采用了本发明 的技术方案。

图5示出了根据本发明的壶嘴的侧视图。

图6示出了根据本发明的壶嘴的前视立体图。

图7示出了根据本发明的壶嘴的后视立体图。

图8示出了根据本发明的壶嘴的侧面剖视图。

图9示出了处于倾倒位置的根据本发明的壶嘴的侧面剖视图。

图10是根据本发明的壶嘴的侧面剖视图，其中示出了冲茶机处于基本直 立的位置时壶嘴内的液体流动轨迹。

图11是根据本发明的壶嘴的正面立体图，其中示出了冲茶机处于基本直 立的位置时壶嘴内的液体流动轨迹。

图12是根据本发明的壶嘴的侧视图，示出了壶嘴外缘与水平面所成的角 度。

具体实施方式

首先需要说明的是，下面将结合冲茶机和用于冲茶机的壶嘴来描述本发明 的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，在不改变本发明的原理的 前提下，本发明的技术方案显然可以应用于其他流体容器，包括但不限于茶壶、 电热水壶、咖啡机等饮品容器。这种改变没有背离本发明的原理，并且不需要 付出任何创造性劳动，因此也将落入本发明的保护范围之内。

具体来说，上述流体容器对应于下面描述的冲茶机1，而上述流体输出构 件对应于下面描述的壶嘴10；并且上述流体入口对应于下面描述的壶嘴通孔入 口103，而上述流体出口对应于下面描述的壶嘴通孔出口104。

更具体地，如图4所示，冲茶机1包括壶嘴10、冲茶机主体11和底座12。 壶嘴10附接到冲茶机1的冲茶机主体11的壶嘴开口13上。并且，壶嘴10既 可以是一体形成的，也可以由多个构件组装而成，这些都不背离本发明的保护 范围。图中所示的冲茶机主体11总体上为电热水壶的形状，但是，其可以采 用其他任何合适的形状。冲茶机主体11的中间是容器部分，用于盛装茶水和 茶叶等。底座12在冲茶机主体11的底部与其匹配对接，并且底座12包括用 于操作冲茶机1的各种按钮或按键。需要指出的是，图4所示的冲茶机主体11 和底座12的形状和构造仅仅是示例性的，在不改变本发明的原理的前提下， 本领域技术人员可以对其作出任何改动。

接着参阅图4，该冲茶机主体11上的壶嘴开口13是冲茶机主体11的一部 分，冲茶机主体11由玻璃、陶瓷、金属、塑料等材料制成。优选地，该壶嘴 开口13设置成沿水平方向平直延伸，或者相对于水平面略微向上成一定角度。 与此相应，壶嘴10也设置成沿水平方向平直延伸，或者相对于水平面略微向 上成一定角度。

图5示出了壶嘴10的侧视图。图6和7分别示出了该壶嘴11的前视立体 图和后视立体图。如图5-7所示，壶嘴10包括贯穿其中的通孔，当壶嘴10连 接到壶嘴开口13上时，该通孔与冲茶机主体11的容器内部连通。壶嘴10还 包括位于其第一端102处的壶嘴通孔入口103和位于其第二端101上的壶嘴通 孔出口104。当壶嘴10连接到壶嘴开口13上时，该壶嘴通孔入口103就被连 接到所述壶嘴开口13上并且与冲茶机主体11的容器内部连通。茶水通过该壶 嘴通孔入口103从冲茶机主体11流到壶嘴10中。此外，茶水通过该壶嘴通孔 出口104离开壶嘴10。

图中所示的壶嘴10被设计成可拆除的，并且通过一组密封脊107安装到 冲茶机主体11的壶嘴开口13上。当然，所述壶嘴10也可以设置成与冲茶机 主体11一体形成。所述密封脊107可由诸如硅橡胶等材料制成，以便确保壶 嘴10与壶嘴开口13的配合具有良好的防水密封性能。需要指出的是，壶嘴开 口13的环形内面上也可以设置与密封脊107配合的结构以便进一步提供密封 性能。

壶嘴10的第二端101的外缘105(即，外端面105)在朝向壶嘴通孔入口 103一侧的方向上与水平面成小于等于90度的角。并且，在该外缘105的正下 面设置有底侧凹槽106，该底侧凹槽106沿水平方向、横向于壶嘴通孔的方向 和垂直于壶嘴通孔的方向延伸，从而在外缘105下面形成了一个空穴/凹座。如 图5中最清楚地示出的，所述角度和所述凹槽106共同在所述壶嘴10的外缘 105处形成了尖锐的边缘。当在倾倒过程中茶水离开壶嘴10时，它会沿着外缘 105向下流动。由于该壶嘴外缘105的底部处的唇缘是具有小曲率半径的尖锐 边缘，因此能最大程度地减轻或消除茶水沿壶嘴的滴漏或挂杯现象。关于此点， 需要指出的是，凹槽106应该紧邻或最大程度地靠近壶嘴外缘105设置，以便 与倾斜的壶嘴外缘105相配合来最大程度地形成尽可能尖锐的边缘，从而最大 程度地减轻或消除挂杯现象。

只要能在外缘105的底部形成尖锐的边缘，该凹槽106可以采用各种不同 的形状，包括但不限于弧形、三角形、矩形、正方形以及其他多边形。在优选 实施方式中，所述凹槽106可以采用弧形或三角形。本申请的图5-10中示出的 凹槽106均为弧形。此外，凹槽106可以采用各种不同的尺寸。在优选实施方 式中，凹槽106的尺寸应当与壶嘴外端面105的尺寸(即，壶嘴外端面105的 直径)和壶嘴通孔出口104的直径相匹配。在一个非限制性示例中，凹槽106 的纵向宽度(即，图5中左右方向上的宽度)＝壶嘴外端面105的直径乘以cosθ (θ是壶嘴外端面105与水平面所成的角度，这将在下面结合图12详细示出)； 凹槽106的横向长度(即，图5中垂直于纸面方向上的长度)＝壶嘴通孔出口 104的直径；而凹槽106的垂直深度(即，图5中从上到下方向上的深度)＝ 凹槽106的上述纵向宽度的1/4。根据发明人反复实验的结果，当与壶嘴外端 面105和水平面所成的小于等于90度的角相配合时，采用这种尺寸的凹槽106 能够在保证视觉协调的同时最大程度地抑制挂杯现象。

重新参阅图4，从该图中可以清楚地看到，壶嘴10的方向设置成当冲茶机 1处于直立位置时，壶嘴10处于基本水平的位置。这种方向设置可以在倾倒茶 水时增大茶水流出的速度，从而可以减轻或消除挂杯现象。

图8示出了壶嘴10的侧面剖视图。如图8所示，壶嘴通孔入口的直径大 于壶嘴通孔出口的直径，并且该通孔的内径从壶嘴通孔入口到壶嘴通孔出口是 逐级或逐渐减小的。图8中示出的是通孔直径逐级减小的情形。具体而言，所 述通孔具有阶梯型结构并且包括第一部分、第二部分和第三部分。该第一部分 是直径渐缩的截头圆锥形，第二部分是在下游(即，图8所示的左侧，或沿离 开冲茶机主体11的方向)与所述第一部分相连的圆柱形。该圆柱形的直径与 该截头圆锥形的小直径相等。所述第三部分是在下游与所述第二部分相连的直 径渐缩的截头圆锥形。该小截头圆锥形的大直径与该圆柱形的直径相等。需要 指出的是，在图8中所述第三部分的截头圆锥形被示出为不规则的截头圆锥形。 但是，本领域技术人员容易理解的是，该截头圆锥形也可以设置成与第一部分 的正截头圆锥形相同的形式。

在其他变型的实施方式中，上述通孔的第一部分、第二部分和第三部分中 的任一个或两个可以被去掉，从而形成新的通孔组合结构。具体来说，所述通 孔可以是下列结构中的任一种：第一部分加上第二部分－即一个截头圆锥形加 上一个圆柱形；第一部分加上第三部分－即一个锥度较大的截头圆锥形加上一 个锥度较小的截头圆锥形或者一个锥度较小的截头圆锥形加上一个锥度较大 的截头圆锥形；第二部分加上第三部分－即一个圆柱形加上一个截头圆锥形； 以及单独的第一或第三部分－即单独一个截头圆锥形。上述通孔结构都形成了 直径逐级或逐渐减小的型式，都可以使流出的茶水加速，因此都能够对挂杯现 象起到减轻或消除的作用。

图9示出了处于倾倒位置的根据本发明的冲茶机1的壶嘴10，从该图中可 以看到壶嘴10的内部通孔的直径渐缩趋势。图10示出了处于水平位置的壶嘴 10的侧面剖视图。如图10所示，由于所述通孔的第二部分为圆柱形而其第三 部分为截头圆锥形，因此在所述通孔的靠近出口的地方形成了一个上翘的结 构。相应地，当所述冲茶机1及其壶嘴10从倾倒位置变换到直立位置时，该 上翘结构将对壶嘴10内的茶水起到截流的作用，即，使没有倾倒出的茶水迅 速回流到壶嘴10内并最终回流到冲茶机主体11的容器内。但是，由于紧挨着 该第三部分截头圆锥形的是第二部分的圆柱形，因此，被截流的茶水基本不会 停留在壶嘴内，而是会回流到冲茶机主体11的容器内。就此而言，与美国专 利US6431417B1中公开的壶嘴相比，这显然能够消除茶水截留在壶嘴内而造 成的卫生问题。

结合图10和11来理解，外缘105的小于等于90度的倾角还增加了茶水 绕所述外缘回流到壶嘴底侧的距离并因此增加了这种回流的难度。外缘105的 这种向外的倾角设置也帮助引导剩余的液滴离开冲茶机主体。另外，底侧凹槽 106会增大茶水沿壶嘴10进一步向壶身方向回流的难度，因为使茶水向下流动 的重力将大于使茶水沿壶嘴底侧回流的粘滞力。如果若干液滴即使在这种情况 下也越过了底侧凹槽106，此时壶嘴10的水平定位和水平长度将限制所述液滴 的回流距离，因为重力再次将所述液滴向下拖拽，使其离开壶嘴10。

最后，图12是根据本发明的壶嘴的侧视图，示出了壶嘴外缘与水平面所 成的角度θ。如上所述，该角度θ小于等于90度(图中所示为小于90度的情 形)。优选地，该角度θ可以在75度至80度之间。更优选地，该角度θ可以 为78度。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是， 本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施 方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征 作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保 护范围之内。