CN106575483A - 液体动力设备 - Google Patents

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CN106575483A CN201580042647.3A CN201580042647A CN106575483A CN 106575483 A CN106575483 A CN 106575483A CN 201580042647 A CN201580042647 A CN 201580042647A CN 106575483 A CN106575483 A CN 106575483A
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Abstract

一种设备或教育玩具，包括主体(120、220、320、520)和驱动机构(140、240、340、540)，其中，驱动机构(140、240、340、540)包括：容器(142、242、342)，其用于储存驱动液体；排放出口(144、244a、244b、344、544a、544b)，驱动液体通过排放出口(144、244a、244b、344、544a、544b)从主体(120、220、320、520)排放以产生驱动推力；液体输送路径(146、246a、246b、346)，其用于从容器出口(148、348、448)向排放出口(144、244a、244b、344、544a、544b)输送驱动液体；以及阈值设定装置(147、347)；其中，阈值设定装置(147、347)设定阈值推力液位，使得在操作期间当驱动液体到达阈值推力液位时，驱动液体将从容器(142、242、342)经过并从排放出口(144、244a、244b、344、544a、544b)排放。

Description

液体动力设备
技术领域
本发明涉及液体动力设备，包括液体动力交通工具和玩具以及教育玩具。
背景技术
液体具有不确定的形状并且承袭其器皿的形状。当势能存在差异和具有可用路径时，液体由于重力从一个位置流到另一个位置。液体使交通工具漂浮，从而使得诸如船舶等交通工具能够跨越海洋航行和从一个港口航行到另一个港口。液体可以用作能量源或能量产生源并且可以被储存。水力发电是由作为储存能量源的液体产生能量的实例。液体的这些和许多其它的性质和特性是有趣的。
附图说明
将参考附图通过举例对本发明进行说明，在附图中：
图1是描绘根据本发明的示例性设备的侧透视图，并且用虚线示出了内部部分；
图1A是示出结合在图1的示例性设备中的示例性液体驱动机构的透视图；
图1B是图1A的示例性液体驱动机构的纵向剖视图；
图2A是从另一示例性设备的一个纵向端观看到的俯视透视图；
图2B是从图2A的示例性设备的另一纵向端观看到的俯视透视图；
图3是描绘根据本发明的另一示例性制品的示意性第一透视图，并且用虚线示出了内部和/或看不见的部分；
图3A是示出图3的示例性制品的一个纵向端的示意性第二透视图；
图3B是图3的制品的纵向剖视图，该纵向剖视图示出了图3的制品的液体驱动机构；
图4是描绘根据本发明的示例性设备的侧透视图，并且用虚线示出了内部部分；
图4A是从图4的示例性设备的一个纵向端观看到的示意性透视图；
图5是示出结合在图4和图4A的示例性设备中的示例性液体驱动机构的透视图；
图6是示出另一示例性液体驱动机构的透视图；
图7A和图7B是描绘根据本发明的示例性设备的示意图；并且
图8至图11图是描绘根据本发明的示例性制品的示意图。
具体实施方式
图1中描绘的玩具船100包括主体120和承载在主体120上的液体驱动机构。主体120由塑料材料制成并且具有船的形状。主体120包括限定底部分、侧部分和甲板部分的船体。主体120的各侧部分共同地限定周壁，周壁围绕底部分的周边并且与底部分配合以限定中空的船体隔室。中空隔室是水密的或基本上水密的以限定排水体积，该排水体积提供使玩具船100漂浮在液体上的足够浮力。主体120关于纵轴线A’-A’基本上对称。
液体驱动机构140包括：容器142，其用于保持或储存驱动液体；驱动液体排放出口144；以及通道组件146，其限定容器142与排放出口144之间的液体输送路径。容器142形成为看起来像玩具船100的烟囱并且从船体隔室向上延伸以伸出到甲板部分的上方。通道组件146从容器142延伸，向后朝向船体的后侧伸出，并且在船体底部的靠近主体120的后纵向端的排放出口144处结束。通道组件146包括在容器142与排放出口144之间的倒U形弯曲部分(或简称为“U形弯头”)147。U形弯曲部分包括：向上延伸的管状部分，其竖直向上延伸并靠近容器；向下延伸的管状部分，其竖直向下延伸并远离容器；以及弯曲部分，其位于中间并将向上延伸的管状部分的顶端和向下延伸的管状部分的顶端相互连接。液体驱动机构140沿纵轴线A’-A’对称地或基本上对称地布置。
如图1A和图1B中所描绘的那样，示例性液体驱动机构140包括限定容器142的刚性壳体。刚性壳体包括具有基本为筒形形状并且沿轴向延伸的周壁152，以限定在使用或游戏期间用于保持驱动液体的储存容积。容器142在容器底部154或容器底部154附近具有容器出口148。容器出口148限定容器入口孔156，通过容器入口孔156储存在容器中的液体被供给至包括通道组件146的液体输送路径和排放出口144。容器142沿轴向向上延伸并且具有顶端150，顶端150位于容器底部154上方hmax高度处。轴向与使用期间容器中水的重量的方向对应，因此在重力方向上。顶端150的高度hmax与表示容器142的最大液体储存容量的液位对应。容器出口148位于高度h0处，其邻近容器的容器底部154。在使用期间，由容器保持的液柱的瞬时高度hi可以在最大值hmax与最小值h0之间变化。
容器入口孔156容许驱动液体的填充或再填充，并且被限定在顶端150处。容器入口孔156设置有开口以促进储存在容器中的液体与大气压之间连通。
在一些实施例中，顶端150是被封盖的并且周壁152在顶端150附近穿孔以提供通气孔。
液体输送路径包括液体入口148、排放出口144以及将液体入口148和排放出口144相互连接的通道组件146。液体入口148限定容器壳体与通道组件146之间的连通接口，使得储存在容器中的液体经由液体入口148进入通道组件146。
如图1A和图1B中所描绘的那样，通道组件146包括：第一管状部分，其沿横向于轴向的方向远离容器横向地延伸；第二管状部分，其在第一管状部分的横向端处远离容器底部沿轴向向上地延伸；第三管状部分，其在第二管状部分的上轴向端处拱形地延伸以形成具有倒U形形状的弯头147(或“倒U形弯头”)；第四管状部分，其从倒U形弯头的远端沿轴向向下延伸；以及第五管状部分，其从第四管状部分的下轴向端延伸，并且远离容器横向地延伸直至到达排放出口144。在一些实施例中，通道组件146是挠性的。
倒U形弯头用作阈值设定装置，使得在使用中储存在容器中的液体将不会因容器内的液柱的重量而开始流向排放出口144，直至液柱的高度超过由倒U形弯头设定的阈值高度hthres。
液体驱动机构安装在船形主体120上，并且液体驱动机构的横向对称轴线与主体120的纵轴线基本上成一直线。一般来说，为了良好的平衡，液体驱动机构关于主体120的横向对称轴线对称或基本上对称。容器安装在主体120的纵轴线的中点附近，并且容器的上轴向部分形成为类似于主体120的烟囱部分的外观，并且下轴向部分在甲板的下方并朝向底部延伸。通道组件146与主体120的纵轴线对准并朝向后方延伸，并且液体排放出口144暴露在主体120的后部。由于容器的下部分(容器出口设置在此处)在甲板的下方，因此液体驱动机构的第一管状部分也在甲板的下方。液体驱动机构的第二管状部分从甲板下方沿轴向向上延伸至烟囱的约一半高度并且与倒U形弯头147接合，使得第二管状部分部分地在甲板下方且部分地在甲板上方。液体驱动机构的第四管状部分从U形弯头147的出口沿轴向向下延伸，并且重新进入主体120的内部，然后弯曲以形成第五管状部分并且延伸直至形成液体排放出口144。
在图1的实例中，通道组件146的第五(管状)部分或出口部分在到达船体隔室的后部之前的位置处穿过主体120的底部，并且排放出口144在底部下方以用于排放驱动液体来产生向前推力并且推进主体120向前移动。
在图1A和图1B的可选实例中，通道组件146的出口部分沿主体120的底部延伸，直至到达后部以在后部上形成排放出口144。在两个实例中，排放出口144都用于排放驱动液体以产生向前推力并沿向前方向推进主体120。
在图1和图1A的实例中，主体120由硬塑料材料形成并且液体驱动机构140牢固地安置在甲板上。
在一些实施例中，主体120由诸如聚苯乙烯等可漂浮材料形成，并且液体驱动机构牢固地安置在通过去除可漂浮材料而形成的空腔上。在一些实施例中，容器由硬塑料模制而成。在其它实施例中，容器一体地形成为可漂浮材料上的空腔。在一些实施例中，容器包括由硬塑料形成的部分，该部分与一体地形成为形成主体的漂浮材料上的空腔的部分接合。通道组件可以是诸如由硬塑料形成的刚性管或由软塑料形成的挠性管等管。
在实例的使用中，将玩具船100放置在水缸(水池)上，并且通过中空的主体120保持漂浮。用户将水(作为驱动液体的实例)装入容器。当容器内的水被填充至超过阈值高度时，阈值高度上方的水的重量将把水驱动出容器，从而水通过排放出口144和倒U形弯头排出。当水开始流出通道组件146时，由通过排放出口144排放的水所产生的吸力将添加到水柱的重量上，从而保持将水抽出容器。当容器内部的水降至阈值高度时，阈值高度上方不再有水柱的重量将水推出并通过倒弯头，但保留在通道组件中并通过液体排放出口144排出的水将操作为利用抽吸或虹吸将水抽出容器。抽吸将持续至水位降至低于容器出口的液位或容器为空时为止。
在一些实施例中，限定通道组件146的排出喷嘴的排放出口144成形为使得液体在离开排放出口144时像液体射流一样被排放。在一些实施例中，排放出口144具有延展形状(spread shape)以有助于射流状液体流的形成。在一些实施例中，排放出口144在横向于容器的轴向且横向于主体的纵向的水平方向上延展。排放出口144的水平延展有助于使驱动液体延展。在一些实施例中，延展形状还被压缩以增加排出液体射流在主体的宽度方向上的水平延展，从而提高驱动效率。在一些实施例中，排放出口144被压缩，例如被沿竖直方向压缩，使得延展形状的排放出口144具有更小的间隙面积，从而使得正排出排放出口144的液体的速度由于伯努利原理而高于液体在通道组件146中移动的速度。
可以根据期望的操作时间来选择通道组件的内部间隙的大小或尺寸，这是由于具有较小内半径的通道组件将具有较小流量并且需要较长时间来清空容器。另一方面，具有较大内半径的通道组件将具有较大流量并花费较短时间清空容器。
在诸如本实施例等一些实施例中，通道组件144在U形弯头147与排放出口144之间的部分包括挠性管。
在一些实施例中，在U形弯头147与排放出口144之间形成附加的U形弯头，并且其包括挠性管。
在一些实施例中，在U形弯头147与排放出口144之间布置有用户可控截止阀。用户可控截止阀能够被用户操作，以在需要时截止来自U形弯头147和排放出口144的液体流。在关闭截止阀以截止液体排放时，即使瞬时液体液位低于U形弯头147的顶部，储存在通道组件的U形弯头147与排放出口144之间的部分中的液体(诸如水等)也能利用虹吸作用从容器抽吸液体。
图3、图3A和图3B所描绘的可漂浮的玩具飞机200包括主体220和承载在主体220上的液体驱动机构。主体220形成为飞机机身形状的可漂浮板，并且支撑在一对细长的可漂浮基座222上。细长基座222对称地布置在玩具飞机200的横向对称轴线的两侧上，并且沿纵向延伸。液体驱动机构240包括：容器242，其用于保持驱动液体；以及一对通道组件246a、246b，其连接至容器，以用于排放储存在容器中的液体，作为驱动玩具飞机200向前方移动的推进剂。容器形成在主体220的内部，并且当玩具飞机漂浮在水缸上时容器升高到可漂浮基座222的上方。除了通道组件246a、通道组件246b中的每一个从容器的升高的底部下降以将排放出口244a、排放出口244b限定为出现在支撑基座222的底部附近以外，通道组件246a、通道组件246b与玩具船100的通道组件146类似。如图3B中所描绘的那样，由于通道组件246a、通道组件246b总体呈下降趋势，因此管状部分和倒U形弯头中的每一个倾斜于轴向或纵向。与玩具船100的单个通道组件布置相比，本实例的液体驱动机构包括将驱动通道组件对称地分布在主体220的对称轴线的两侧上的分布式驱动机构。利用该分布式驱动机构，可通过控制单独的排放出口244a、244b处的体积流量来使交通工具转向。除了以上所述，液体驱动机构的其它特征相同或基本上相同，并且关于玩具船100的液体驱动机构的以上说明通过引用的方式并入本实例并且以将附图标记数值增加100的适当变动方式应用于本实例。
玩具飞机200的使用和操作遵循与玩具船100基本上相同或类似的原理，并且关于玩具船100的操作的以上说明通过引用的方式并入本实例并且以对玩具飞机200的使用和操作进行适当的修改和将附图标记数值增加100的适当变动方式应用于本实例。
图4中所描绘的示例性玩具船300包括主体320和承载在主体320上的液体驱动机构340。在图4的示例性玩具船300中，配备有示例性液体驱动机构340。液体驱动机构340是液体驱动机构140的变型，并且通道组件346的向上延伸的管状部分在容器内部，弯头347延伸穿过容器342的周壁352。通道组件346的向上延伸的管状部分的上端连接至弯头347并且管状部分的下端用作通道组件346的液体入口。在本实例中，不存在或省略了与玩具船100的通道组件146的第一管状部分和容器出口148对应的部分。玩具船300是图2A的玩具船100的变型，并且本文关于玩具船100的说明(包括部件、功能、操作以及部件的相互作用)通过将附图标记数值增加200而以引用的方式并入本实例。
在诸如本实施例等一些实施例中，弯头347的顶部低于容器342的顶部。在这样的实施例中，当容器340内部的液体在弯头347的顶部的上方时，容器内部的液体将开始通过通道组件346自动地排放，并且由于虹吸排放，即使在容器内部的液体已降至低于弯头347的顶部后，液体排放仍将继续。
图6所描绘的液体驱动机构440是液体驱动机构340的变型。除了整个弯头447都在容器442的内部并且通道组件446的向下延伸的管状部分也在容器442的内部以外，该变型的液体驱动机构440与液体驱动机构340相同。
在一些实施例中，通道组件的第一管状部分、第二管状部分、第三管状部分/弯头和第四管状部分中的一些或全部定位在容器内部并且/或者优选地与容器的侧壁成一体。第四管状部分或第五管状部分可以延伸穿过容器的底端，使得从第四管状部分的下轴向端延伸的第五管状部分能够远离容器横向地延伸直至到达排放出口。
图7A和图7B中所描绘的示例性设备500包括主体520和承载在主体520上的液体驱动机构。主体520具有带圆形基座部分的玩具旋转木马形式，并且液体驱动机构是根据本发明的类型。设备500是可漂浮的并且包括第一液体排放出口544A和第二液体排放出口544B。第一液体排放出口544A和第二液体排放出口544B在主体520的中心竖直轴线的相反侧(例如，在直径上的相反侧)上，并且布置为沿基座部分的周边的切线方向排放液体。在操作期间，当玩具旋转木马漂浮并排放液体时，通过第一液体排放出口544A和第二液体排放出口544B沿围绕中心竖直轴线的相反的切线方向排放液体，将导致主体围绕主体520的中心竖直轴线转动或旋转。玩具旋转木马500是玩具船100的变型，并且本文关于玩具船100的说明(包括部件、功能、操作以及部件的相互作用)经适当变动并入本实例。
在诸如本实施例等一些实施例中，主体的与漂浮液体接触的部分具有基本上圆形的截面，并且中心竖直轴线与主体的圆对称轴线同轴。
在诸如本实施例等一些实施例中，沿切线方向布置的各第一液体排放出口距主体的中心竖直轴线或圆对称轴线的径向距离相同。
在一些实施例中，沿切线方向布置的第一液体排放出口围绕主体的与漂浮液体接触的周边分均匀地间隔开。
图8至图11示出的示例性设备包括不同形状和构造的可漂浮主体以及根据本发明的类型的液体驱动机构。
根据本发明，公开了包括主体和驱动机构的设备。驱动机构包括：容器，其用于储存驱动液体；排放出口，驱动液体通过排放出口从主体排放以产生驱动推力；液体输送路径，其用于从容器出口向排放出口输送驱动液体；以及阈值设定装置。其中，阈值设定装置设定阈值推力液位，使得在操作期间当驱动液体到达阈值推力液位时，驱动液体将从容器经过并从排放出口排放。在一些实施例中，设备是诸如玩具船或玩具水上飞机等交通工具。
驱动机构基于储存的重力能而操作并且是环境友好的。
驱动机构可以布置为使得，当容器中的驱动液体的液位超过阈值推力液位或与阈值推力液位对应时，利用容器中的驱动液体的重量将驱动液体驱出容器并通过排放出口排放，并且当容器中的驱动液体的液位降至低于阈值推力液位时，利用由于驱动液体排出液体输送路径而在液体输送路径中产生的吸力将驱动液体驱出容器并通过排放出口排放。
该驱动机构的优点在于，其有助于通过单个设备在不同操作阶段中的可见的启发性操作来显示几种物理现象。
容器可以具有限定与容器的最大储存容积对应的最大液体液位的上端以及由容器的底部限定的下端，并且其中，在使用期间，容器底部的上方的驱动液体的高度从与阈值推力液位或阈值推力液位上方对应的第一液位(A)下降至与阈值推力液位下方或容器底部对应的第二液位，容器出口位于第二液位处。
在权利要求中阐述的特征(在适当的情况下共同地和单独地)形成本发明的一部分并且以引用的方式并入本文。
附图中所示的箭头用于示意性地表示操作期间通常是不可见的液体流动方向，以避免疑惑或混淆。
尽管已参考本文所描述的实例来说明本发明，但应理解的是，这些实例是非限制性的并且是为了帮助理解本发明而不失一般性。例如，主体可以由适当的材料制成为任何可漂浮的交通工具的形式。尽管已将水用作推进剂，但应理解的是，可以使用其它液体。

Claims (20)

1.一种设备或教育玩具，包括主体和驱动机构，其中，所述驱动机构包括：容器，其用于储存驱动液体；排放出口，所述驱动液体通过所述排放出口从所述主体排放以产生驱动推力；液体输送路径，其用于从容器出口和/或从定位在所述容器内部或靠近所述容器出口处的排放入口或液体入口向所述排放出口输送所述驱动液体；以及阈值设定装置；其中，所述阈值设定装置设定阈值推力液位，使得在操作期间当所述驱动液体到达所述阈值推力液位时，所述驱动液体将从所述容器经过并从所述排放出口排放。
2.根据权利要求1所述的设备或教育玩具，其中，所述驱动机构布置为使得，当所述容器中的所述驱动液体的液位超过所述阈值推力液位或与所述阈值推力液位对应时，利用所述容器中的所述驱动液体的重量将所述驱动液体驱出所述容器并通过所述排放出口排放，并且当所述容器中的所述驱动液体的液位降至低于所述阈值推力液位时，利用由于所述驱动液体排出所述液体输送路径而在所述液体输送路径中产生的吸力将所述驱动液体驱出所述容器并通过所述排放出口排放。
3.根据权利要求1或2所述的设备或教育玩具，其中，所述容器具有限定与所述容器的最大储存容积对应的最大液体液位的上端以及由所述容器的底部限定的下端，并且其中，在使用期间，所述容器的底部的上方的所述驱动液体的高度从与所述阈值推力液位或所述阈值推力液位的上方对应的第一液位下降至与所述阈值推力液位的下方或所述容器的底部对应的第二液位，所述容器出口和/或所述排放入口位于所述第二液位处。
4.根据权利要求3所述的设备或教育玩具，其中，所述第二液位在所述容器的底部处。
5.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述阈值设定装置一体地形成为所述液体输送路径的一部分。
6.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述液体输送路径形成为这样的形状，使得在所述驱动液体已开始通过所述液体输送路径流出并在所述排放出口处排出之后，所述驱动液体将通过虹吸或抽吸而被抽出所述容器。
7.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述液体输送路径形成为这样的形状，使得在所述驱动液体已开始从所述容器向所述排放出口流动之后，即使当保留在所述容器中的所述驱动液体已降至低于所述阈值推力液位，所述驱动液体仍将通过虹吸而被抽出所述容器。
8.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述液体输送路径包括倒U形通道部分，并且所述阈值推力液位被限定在弯曲部分处。
9.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述驱动机构包括布置在所述主体的对称轴线的两侧上的第一排放出口和第二分布式出口，以提供分布式驱动源。
10.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述玩具用于在水缸上操作并且所述驱动机构用于将所述驱动液体排放到所述水缸中以产生驱动所述主体相对于所述液体缸转动和/或移动的驱动推力。
11.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述主体能漂浮在水上。
12.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述容器形成在所述主体的内部或形成为所述主体的一部分。
13.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，当在使用期间所述玩具漂浮在液体缸上时，所述容器升高到位于所述排放出口的位置上方的位置。
14.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述排放出口在使用期间将浸没在漂浮有所述玩具的液体缸的表面的下方并且所述驱动液体将直接排放到所述液体缸中。
15.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述排放出口具有沿所述主体的宽度方向延伸的延展形状。
16.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述主体由聚苯乙烯或塑料制成。
17.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述主体形成为包括玩具船、玩具飞机、旋转木马和水栖生物的玩具的形状，所述水栖生物包括章鱼、鲸、龟、鸭子。
18.根据权利要求9所述的设备或教育玩具，其中，所述第一排放出口和所述第二分布式出口定位为在直径上彼此相反。
19.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述液体输送路径的至少大部分形成在所述容器内部或一体地形成为所述容器的一部分。
20.根据前述任一项权利要求所述的设备或教育玩具，其中，所述容器是单个端部敞开器皿，并且所述排放入口定位在所述容器内部并靠近所述容器的底部。
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