CN104116408B - 空气提升泵送装置以及包括该装置的流体容器和冲茶机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泵送装置，具体提供一种用于流体容器的空气提升泵送装置。本发明旨在解决现有技术中的泵送装置在容器液位较低时效率降低的问题。为此目的，本发明的空气提升泵送装置包括空气压缩器和竖管组件，竖管组件设置在流体容器内，空气压缩器与竖管组件连通，用于将压缩空气输送到竖管组件中以使其与流体容器内的流体一起向上流动穿过竖管组件。该泵送装置的特征在于还包括从流体容器的内底面向下延伸的下陷空腔，该下陷空腔设置在空气压缩器与竖管组件之间并且与空气压缩器和竖管组件连通。由于设置了从容器底面向下延伸的下陷空腔，本发明的泵送装置的浸没率得以明显提升，从而大幅提高了泵送装置在各种液位下的泵送效率。

Description

空气提升泵送装置以及包括该装置的流体容器和冲茶机

技术领域

本发明涉及泵送装置，具体涉及对诸如冲茶机等流体容器中的空气提升泵送装置的改进。

背景技术

空气提升泵送装置是利用压缩空气作为动力源来泵送流体以使其沿竖管上升的机构。这种装置结构简单并且几乎不需要维护就能正常操作，因此在采矿、油气开采、农业以及污水处理等领域具有广泛应用。

WO2012/046159A1描述了一种在冲制饮料的设备中使用的空气提升泵送装置。该装置的一个实施方式在图1中示出。图示设备总体上包括容器30、空气泵50、竖管40、冲泡器70、加热器60、传感器62以及控制单元82。用于冲泡的流体20(例如水)和调料25(例如茶叶)分别放置在容器30和冲泡器70中。首先通过起动空气泵50来产生压缩空气，所产生的压缩空气将迫使流体20沿着竖管40上升并从端口42释放到冲泡器70中的调料25内(如箭头A1所示)，然后当冲泡器70被充满时流体20返回容器30(如箭头A2所示)，从而形成循环的冲制过程。设置在容器30的底部部分36处的加热器60在冲制过程中提供温度控制。控制单元82根据来自传感器62的实测信号和参考信号REF2对冲泡过程进行控制。

然而，WO2012/046159A1的空气提升泵送装置存在一些问题。具体来说，首先，在剩余流体的体积较小——即液位较低时该装置的泵送效率太低。空气提升泵送装置的泵送效率与浸没率成正比，浸没率定义为H_W/H_S，其中H_W是竖管内的水面高度，而H_S是竖管的总高度。总体而言，浸没率越高，泵送效率越高。换句话说，如图2所示(与图1相比)，低水位将产生低浸没率，并因此导致低泵送率，甚至使泵送流量为零。这种流量限制会对冲泡效果产生不良影响。其次，空气收集器的形状会对整体结构配置造成不利影响。为了更高效地收集压缩空气并将其输送到竖管中，可以在竖管的下端设置扇形的空气收 集器(见图1中的扇形端部41)。然而，这种空气收集器的水平伸展会占用一定空间，并且可能与其他结构部件发生干涉，从而对系统的结构配置造成一定限制。再者，空气通道内始终会有残存的流体。如图3所示，压缩空气沿空气通道P1行进并通过开口51进入容器的底部。单向阀55设置在空气通道P1与开口51之间以阻止流体20回流到空气通道P1中。然而，少量的剩余流体可能会残存在开口51与单向阀55之间的小管道内。这种现象发生的原因在于，即使容器在使用之后被排空，小的液滴还是会残留在容器内部并且在底部开口处聚集。如果没有被完全干燥，这些残存的液滴可能会滋生细菌并因此使容器变得不卫生。

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，本发明旨在优化空气提升泵送装置的结构，以使其在各种液位下都具有相对较高的泵送效率，同时消除竖管形状对流体容器整体结构配置的影响。为此目的，本发明提供一种用于流体容器的空气提升泵送装置，该泵送装置创新性地包括从流体容器的内底面向下延伸的下陷空腔，从而使浸没率得以明显提升，并因此大幅提高了泵送装置在各种液位下的泵送效率。

根据本发明的一个方面，提供一种用于流体容器的空气提升泵送装置。该空气提升泵送装置包括空气压缩器和竖管组件，所述竖管组件设置在所述流体容器内，所述空气压缩器与所述竖管组件连通，用于将压缩空气输送到所述竖管组件中以使其与所述流体容器内的流体一起向上流动穿过所述竖管组件。该空气提升泵送装置的特征在于还包括从所述流体容器的内底面向下延伸的下陷空腔，该下陷空腔设置在所述空气压缩器与所述竖管组件之间并且与所述空气压缩器和所述竖管组件连通。

相应地，如上面在背景技术部分所述，浸没率定义为H_W/H_S，H_W是竖管内的水面高度，而H_S是竖管的总高度。由于本发明的空气提升泵送装置包括下陷空腔，且该下陷空腔从所述流体容器的内底面向下延伸，因此其同时增大了上述公式中的分子H_W和分母H_S，从而使浸没率的数值得以明显增大，并因此大幅提高了泵送装置在各种液位下的 泵送效率。尤其当流体容器内的剩余流体较少——即液位较低时，所述浸没率的增幅更加明显。所以，与现有技术相比，本发明的上述技术方案能够明显增加空气提升泵送装置的泵送效率。

在上述空气提升泵送装置的一个优选实施方式中，所述竖管组件包括竖管和连接在该竖管底端的底端挡板，在使用状态下该底端挡板密封地插在所述下陷空腔内，从而将所述下陷空腔分隔成彼此连通的空腔主体和流体入口通道；所述流体容器内的流体通过该流体入口通道进入所述下陷空腔的空腔主体内，从而与来自所述空气压缩器的压缩空气混合。

上述底端挡板和下陷空腔可以采用任何合适的形状，只要两者能相互匹配并形成密封结合即可。例如，底端挡板和/或下陷空腔上可以设置硅橡胶以便相互插接时形成密封配合。此外，作为示例，底端挡板的竖向尺寸可略短于下陷空腔，从而当两者彼此插接时在底端挡板与下陷空腔的内底面之间形成一个或多个空隙，流体通过该空隙从流体入口通道进入空腔主体内。

在上述空气提升泵送装置的一个优选实施方式中，所述空气提升泵送装置还包括水平定向的空气入口通道，该空气入口通道设置在所述下陷空腔的空腔主体与所述空气压缩器之间，用于将所述空气压缩器中的压缩空气输送到所述空腔主体中。

具体来说，该空气入口通道设置在所述下陷空腔的空腔主体的底部附近并且介于空腔主体空气压缩器之间，以便将来自空气压缩器的压缩空气送入空腔主体中。

在上述空气提升泵送装置的一个优选实施方式中，所述流体容器包括设置在其内底面上的加热器，所述竖管沿竖直方向设置在所述加热器的侧端。在前述空气提升泵送装置的一个更优选的实施方式中，所述加热器是平板加热器，所述竖管设置在所述平板加热器的外缘附近。

以冲茶机为例，“所述竖管设置在所述平板加热器的外缘附近”意指竖管设置在平板加热器的更靠近冲茶机把手的一侧。具体而言，由于本发明的泵送装置的竖管没有在末端采用扇形空气收集器，因此该竖管能够设置得更靠近容器的侧壁，这不仅能为其他部件的布局提供更大的自由度，而且也使诸如冲茶机的流体容器显得比较美观。

在前述空气提升泵送装置的一个更优选的实施方式中，所述竖管包括多个内部通道。相应地，在不明显增加结构复杂度的前提下，更多的通道设置能够更大程度地提升泵送效果。

在前述空气提升泵送装置的一个更优选的实施方式中，所述流体容器还包括与所述加热器对置地设置在该流体容器的内顶端附近的冲泡器，所述竖管的顶端与所述冲泡器连通，使得在所述压缩空气的作用下沿所述竖管向上流动的流体最终流入所述冲泡器内。

在前述空气提升泵送装置的一个更优选的实施方式中，所述空气入口通道定位成其下沿与所述下陷空腔的底面之间的距离等于所述空气入口通道的直径或者为3mm，并且所述空气入口通道的下沿与所述下陷空腔的底面之间的距离大于所述底端挡板的下沿与所述下陷空腔的底面之间的距离。相应地，当流体容器在使用之后通过倾倒被排空时，这种位置设置很容易使空气入口通道内留存的液体被排出。并且，残留在下陷空腔内的液滴将聚集在下陷空腔的底部，而不是遗留在空气入口通道内，因此不会产生现有技术泵送装置中的不卫生问题。

根据本发明的另一个方面，提供一种流体容器。该流体容器包括前述任一技术方案所述的空气提升泵送装置。

根据本发明的又一个方面，提供一种冲茶机。该冲茶机包括前述任一技术方案所述的空气提升泵送装置。

附图说明

图1是现有技术中的空气提升泵送装置的结构示意图，其中容器内的液面高度较高。

图2是现有技术中的空气提升泵送装置的结构示意图，其中容器内的液面高度较低。

图3是现有技术中的空气提升泵送装置的竖管下端的局部放大图。

图4是根据本发明的流体容器的示意图，该流体容器具体是冲茶机。

图5是根据本发明的空气提升泵送装置的侧视图。

图6是根据本发明的空气提升泵送装置的俯视图。

图7是根据本发明的空气提升泵送装置的俯视图，其中省略了某些部件以便更清楚地展示内部结构。

图8是根据本发明的空气提升泵送装置的竖管组件的侧视图。

图9是根据本发明的空气提升泵送装置的竖管组件的正视图。

图10是根据本发明的空气提升泵送装置的竖管的仰视图。

图11是根据本发明的空气提升泵送装置的局部放大侧视图，其中示出了下陷空腔区域的相关细节。

图12是根据本发明的空气提升泵送装置的侧视图，其中示出了流体和空气在操作过程中的流动路径。

图13是根据本发明的空气提升泵送装置的局部放大侧视图，其中示出了流体和空气在操作过程中、在下陷空腔区域的流动路径。

图14是对应于图12的侧视图，其中示出了与泵送效率相关的各种尺寸参数。

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空气提升泵送装置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诸如咖啡机等其他流体容器以及诸如油气开采和污水处理等其他领域。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，本发明提供一种用于冲茶机的空气提升泵送装置。该空气提升泵送装置包括空气压缩器和竖管组件，竖管组件设置在冲茶机内，空气压缩器与竖管组件连通，用于将压缩空气输送到竖管组件中以使其与冲茶机内的水一起向上流动穿过竖管组件。该空气提升泵送装置的特征在于还包括从冲茶机的内底面向下延伸的下陷空腔，该下陷空腔设置在空气压缩器与竖管组件之间并且与空气压缩器和竖管组件连通。相应地，由于本发明的空气提升泵送装置包括下陷空腔，且该下陷空腔从冲茶机的内底面向下延伸，因此其同时增大了浸没率公式中的分子H_W和分母H_S，从而使浸没率的数值得以明显增大，并因此大幅提高了泵送装置在各种液位下的泵送效率。尤其当冲茶机内的剩余茶水较少——即液位较低时，所述浸没率的增幅更加明显。所以，与现有技术相比，本发明的上述技术方案能够明显增加空气提升泵送装置的泵送效率。

下面参照附图来详细描述本发明的新型泵送装置及其操作原理。首先参照图4，该图示出了根据本发明的冲茶机1的示意图。冲茶机1包括容器本体11、冲泡器14、竖管15和加热器16。此外，冲茶机1还包括底座12、壶嘴10和设置在容器本体11上的壶嘴开口13。本领域技术人员应当理解的是，本发明的冲茶机1还包括除上述部件之外的其他多个部件，由于本发明的技术方案及其操作不涉及这些部件，因而此处不再对其进行赘述。

图5示出了根据本发明的空气提升泵送装置的侧视图。该空气提升泵送装置设置在图4所示的冲茶机1内，并且图5中省略了多个不相关的部件以便更清楚地展示本发明的核心结构。加热器16位于容器本体11的底部。下陷空腔18在加热器16的右侧边(按照图5中的方位)、从容器本体11的底部向下延伸。水平定向的空气入口通道19定位在略高于下陷空腔18的内底面的位置并且其另一端与空气压缩器(未图示)相连。作为非限制性示例，下陷空腔18的底部与空气入口通道19的下沿之间的距离约为3mm，或者该距离等于空气入口通道19的直径。竖管15的底端与底端挡板17相连，该底端挡板17插入下陷空腔18中。竖管15的顶端连通到冲泡器14。尽管图5中将下陷空腔18的截面示出为倒截头锥形，但是这种截面形状仅仅是示例性的，在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以根据实际需要选用其他形状。

图6示出了与图5对应的、根据本发明的空气提升泵送装置的俯视图，其中为了清楚起见省略了容器本体11和冲泡器14。如图6所示，当底端挡板17被插入下陷空腔18中时，底端挡板17从下陷空腔18中分隔出一条独立的流体入口通道181。在使用过程中，容器本体11内的水将通过流体入口通道181并经由空隙182(在图11中最清楚地示出)进入下陷空腔18的主体部分，并在那里与来自空气入口通道19的压缩空气相互混合。此外，如图6所示，除了流体入口通道181，在插接状态下竖管15和底端挡板17完全覆盖下陷空腔18的主体部分。

图7示出了与图6对应的、根据本发明的空气提升泵送装置的另一个俯视图，其中省略了竖管15和底端挡板17以便更清楚地展示下陷空腔18和空气入口通道19。

图8是根据本发明的空气提升泵送装置的竖管组件的侧视图。该竖管组件包括竖管15和底端挡板17，并且该竖管组件被设计成能够从冲茶机1上拆卸下来以便操作和清理。在实际使用中，竖管15和底端挡板17通过诸如焊接、卡扣等方式被紧固成单个部件。图9示出了根据本发明的空气提升泵送装置的竖管组件的正视图。与下陷空腔18类似，尽管图8和9中将底端挡板17图示为截锥形，但是这种形状仅仅是示例性的，在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以根据实际需要选用其他形状，只要底端挡板17能够与下陷空腔18密封插接并将下陷空腔18分隔为彼此连通的流体入口通道181和主体部分。

图10示出了根据本发明的空气提升泵送装置的竖管的仰视图。如图所示，竖管15可包括一个或多个内部通道。在该实施方式中，竖管15被示例性地示出为包括四个内部通道以便获得更好的泵送效果。

图11是根据本发明的空气提升泵送装置的局部放大侧视图，其中示出了下陷空腔18周围的相关细节。底端挡板17的形状设置成使得当底端挡板17插入下陷空腔18内时，其会与下陷空腔18的侧壁形成密封配合，同时使下陷空腔18保持与容器本体11内部连通。底端挡板17与下陷空腔18之间的密封配合可通过诸如硅橡胶之类的密封件和涂层来实现。在竖直方向上，底端挡板17向下延伸并且在下陷空腔18的底部形成空隙182。该空隙182将流体入口通道181与下陷空腔18的主体部分连通，而流体入口通道181又与容器本体11内部连通。因此，来自容器本体11的水或其他流体可通过流体入口通道181并经由空隙182进入下陷空腔18的主体部分。关于此点需要指出的是，空隙182的高度应当略小于空气入口通道19的下沿与下陷空腔18的底部之间的距离。换句话说，以下陷空腔18的底部/底面为基准，空气入口通道19的下沿应当高于底端挡板17的下沿。否则，来自空气入口通道19的压缩空气便会或多或少地阻碍水流经由空隙182进入下陷空腔18的主体部分，并且在使用之后残存的液滴也可能会流入空气入口通道19，这些都是非常不期望的。当然，二者之间的高度差也不应过大，否则便会影响压缩空气对水流的提升效果并因此降低泵送效率。

由于本发明没有使用扇形的空气收集器，因此竖管15能够设置在更靠近容器本体11的侧壁的位置，从而为总体结构布局提供更大的自 由度，例如为冲泡器14提供更大的直径和内部容积。并且，尤其如图6－9所示，由于插设在下陷空腔18中的底端挡板17采用扁平的板状结构，因此，能够将下陷空腔18设置得更窄以减小其内部容积并因此提高泵送效率。

图12是根据本发明的空气提升泵送装置的侧视图，其中示出了水和空气在操作过程中的流动路径。在图12中，空心箭头表示水流路径，而实心箭头表示空气流动路径，水平虚线表示水位。图13是根据本发明的空气提升泵送装置的局部放大侧视图，其中示出了水和空气在操作过程中、在下陷空腔18区域的流动路径。

当空气通过水平定向的空气入口19喷入下陷空腔18中时，其与该空腔内的流体混合并因此使混合物的浮力增大，从而形成向上的提升力。由于底端挡板17与下陷空腔18的侧壁之间形成密封配合，所述水与空气的混合物将被向上推动穿过竖管15的内部通道。上升的水流将从竖管15中排出并进入冲泡器14中，最终这些水将随着冲泡器14中的液位上升而返回容器本体11中。来自容器本体11的水将沿着下陷空腔的入口通道181向下流动并穿过空隙182从而填充到下陷空腔18内。

如前所述，空气提升泵送装置的泵送效率取决于浸没率。对于本发明的泵送装置而言，所述浸没率的计算需要考虑下陷空腔18的尺寸。图14是对应于图12的侧视图，其中示出了与泵送效率相关的各种尺寸参数。具体而言，图14示出了计算浸没率的各个相关尺寸。下面的表1列举了根据实际样本尺寸计算出的结果。通过表1的内容可以看出，当增加了下陷空腔18时，所有液位下的浸没率都有所增大。并且，液位越低，浸没率的增幅越大；下陷空腔18的深度越大，浸没率的增幅也越大。当然，本领域技术人员容易理解的是，下陷空腔18的深度选定需要考虑冲茶机的整体结构设计，而不能为了追求泵送效率而无限制地增大：

表1

水平定向的空气入口通道19定位在下陷空腔18的底面向上一小段距离的位置处。因此，当冲茶机1在使用之后通过倾倒被排空时，很容易使空气入口通道19内留存的液体被排出。并且，残留在下陷空腔18内的液滴将聚集在下陷空腔18的底部，而不是遗留在空气入口通道19内，因此不会产生现有技术泵送装置中的不卫生问题。

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。

Claims (10)

1.一种用于流体容器的空气提升泵送装置，包括空气压缩器和竖管组件，所述竖管组件设置在所述流体容器内，所述空气压缩器与所述竖管组件连通，用于将压缩空气输送到所述竖管组件中以使其与所述流体容器内的流体一起向上流动穿过所述竖管组件，

其特征在于，所述空气提升泵送装置还包括从所述流体容器的内底面向下延伸的下陷空腔，该下陷空腔设置在所述空气压缩器与所述竖管组件之间并且与所述空气压缩器和所述竖管组件连通。

2.根据权利要求1所述的空气提升泵送装置，其特征在于，所述竖管组件包括竖管和连接在该竖管底端的底端挡板，在使用状态下该底端挡板密封地插在所述下陷空腔内，从而将所述下陷空腔分隔成彼此连通的空腔主体和流体入口通道；所述流体容器内的流体通过该流体入口通道进入所述下陷空腔的空腔主体内，从而与来自所述空气压缩器的压缩空气混合。

3.根据权利要求2所述的空气提升泵送装置，其特征在于还包括水平定向的空气入口通道，该空气入口通道设置在所述下陷空腔的空腔主体与所述空气压缩器之间，用于将所述空气压缩器中的压缩空气输送到所述空腔主体中。

4.根据权利要求3所述的空气提升泵送装置，其特征在于，所述流体容器包括设置在其内底面上的加热器，所述竖管沿竖直方向设置在所述加热器的侧端。

5.根据权利要求4所述的空气提升泵送装置，其特征在于，所述加热器是平板加热器，所述竖管设置在所述平板加热器的外缘附近。

6.根据权利要求5所述的空气提升泵送装置，其特征在于，所述竖管包括多个内部通道。

7.根据权利要求6所述的空气提升泵送装置，其特征在于，所述流体容器还包括与所述加热器对置地设置在该流体容器的内顶端附近的冲泡器，所述竖管的顶端与所述冲泡器连通，使得在所述压缩空气的作用下沿所述竖管向上流动的流体最终流入所述冲泡器内。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的空气提升泵送装置，其特征在于，所述空气入口通道定位成其下沿与所述下陷空腔的底面之间的距离等于所述空气入口通道的直径或者为3mm，并且所述空气入口通道的下沿与所述下陷空腔的底面之间的距离大于所述底端挡板的下沿与所述下陷空腔的底面之间的距离。

9.一种流体容器，其特征在于包括根据权利要求1至8中任一项所述的空气提升泵送装置。

10.一种冲茶机，其特征在于包括根据权利要求1至8中任一项所述的空气提升泵送装置。