KR20220137684A

KR20220137684A - 분사 유닛

Info

Publication number: KR20220137684A
Application number: KR1020227029728A
Authority: KR
Inventors: 말콤 페어스; 앤드류 찰스 채플; 발터 마이어
Original assignee: 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2022-10-12
Also published as: CA3169849A1; JP2023512706A; BR112022015033A2; TW202132006A; WO2021156125A1; EP4099823A1; CN115052480A; AU2021217438A1; US20230063444A1

Abstract

본 발명은 액슬 (10), 디스크 (20), 액체 어플리케이터 (40) 및 분사 방향 조립체 (50) 를 포함하는 분사 유닛에 관한 것이다. 디스크는 디스크의 중심에 센터링된 액슬 주위로 스피닝하도록 구성된다. 액체 어플리케이터는 디스크의 표면에 액체를 도포하도록 구성된다. 분사 방향 조립체는 디스크를 부분적으로 둘러싼다. 분사 방향 조립체의 내부 표면은 디스크의 외부 에지를 떠나는 모든 액체의 궤적을 수정하도록 구성된다.

Description

분사 유닛

본 발명은 분사 유닛 및 이러한 분사 유닛을 갖는 비히클에 관한 것이다.

본 발명의 일반적인 배경은 작물에 대한 농약의 도포이다. 분사 액체는 분무되어야 한다. 이는 전형적으로 유압 노즐을 사용하여 행해진다. 더 정교한 접근법은 스피닝 디스크를 사용하는 것이다. 농약을 분사하는 비히클이 드론이나 무인항공기 (UAV) 인 경우, 전용 분사 기술은 중량를 추가하고 에너지 요구사항을 가지고 있기 때문에 신중하게 고려할 필요가 있다. 이와 같이, 스피닝 디스크들은 드론 도포들을 위한 효과적인 분무 시스템들일 가능성을 갖는다. 이는 그것들이 액적들 생성하기 위한 일반적인 낮은 에너지 요건을 갖고 있으며, 다른 구성요소는 배터리 구동형 드론과 호환이 가능하기 때문이다.

그러나, 스피닝 디스크는 분사 시트가 디스크의 평면에서 수평으로 나오고, 스프레이 시트가 타겟 작물을 향해 그것을 지향시키기 위한 방법을 요구하는 특징을 갖는다. 이는 디스크를 옆으로 틸팅하고 분사를 원하지 않는 방향으로 차단하기 위해 차폐부를 추가함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이는 차단된 스프레이를 수집하고 리사이클하기 위한 장치의 엔지니어링을 복잡하게 한다 (예를 들어, Micron Herbiflex 4; http://www.microngroup.com/ agricultural/herbiflex-4). 또한, 스피닝 디스크로부터 출력은 상당히 감소하며, 이를 보상하기 위해 추가적인 분무 유닛을 요구하다.

무인 항공기 (unmanned aerial vehicles, UAVs) 에서, 이는 소위 다운워시 효과 (회전자들에 의해 생성된 바람) 가 분사 시트를 목표 작물을 향해 하향으로 지향시키도록 스피닝 디스크를 회전자 아래에 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 분사 시트의 방향에 대한 유사한 공기 지원은 분사 붐 또는 개별적인 분무 유닛이 피팅된 육상 비히클, 예를 들어 트랙터 및 무인 지상 비히클 (UGV) 에 적용될 수 있다. 그러나, 스피닝 디스크와 로터 또는 유사한 공기 지원의 조합은 원뿔형 형상의 분사 패턴을 생성하고, 이는 도포 비히클이 타겟 필드를 가로질러 이동할 때 타겟 작물 상에 불균일한 디포지션을 초래한다. 디포지션은 에지에서 더 높고 중심에서 더 낮게 되어 M 형상의 디포지션을 초래한다. 디포지션은 스와스 (swath) 를 가로질러 균일해야 하며, 얼마나 많은 분사 유닛들이 분무기 상에 위치되든지 간에 작업 폭 (working width) 에 걸쳐 균일한 디포지션을 갖는 지향된 분사 시트를 생성할 수 있는 스피닝 디스크 분무 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.

화학적 및/또는 생물학적 농약 활성 성분을 포함하는 것과 같은 액체를 분사하기 위한 개선된 수단을 갖는 것이 유리할 것이다.

본 발명의 목적은 독립항들의 주제물로 해결되며, 여기서, 추가의 실시예들은 종속항들에 통합된다. 하기의 설명된 양상들 및 본 발명의 예들은 또한 분사 유닛에 적용되고 비히클이 하나 이상의 분사 유닛을 갖는다는 것을 유의해야 한다.

제 1 양태에서, 분사 유닛이 제공된다. 분사 유닛은 액슬, 디스크, 액체 어플리케이터 및 분사 방향 조립체를 포함한다. 디스크는 디스크의 중심에 센터링된 액슬 주위로 스피닝하도록 구성된다. 액체 어플리케이터는 디스크의 표면에 액체를 도포하도록 구성된다. 분사 방향 조립체는 디스크를 부분적으로 둘러싼다. 분사 방향 조립체의 내부 표면은 디스크의 외부 에지를 떠나는 모든 액체의 궤적을 수정하도록 구성된다.

즉, 특정한 형상을 갖는 고정된 후드를 포함하는 스프닝 디스크를 갖는 분사 유닛은 분사 시트를 중공의 원뿔형 형상 대신에 팬 형상으로 지향한다. 고정된 후드는 스피닝 디스크로부터 분사된 분무된 액적들을 포획하고 원하는 방향으로 지향시키게 하는 구성으로 스피닝 디스크를 둘러싼다.

이와 같이, 랜드의 단위 면적당 식물당 활성 성분의 정확한 적용이 제공될 수 있다.

예에서, 분사 방향 조립체는 대향 종속된 측벽들 및 상단 영역에서의 개구 및 바닥 영역에서의 개구을 갖는 반구 형상을 갖는다.

예에서, 액슬은 분사 방향 조립체의 상단 영역에서 상기 개구의 중심 위치를 통해 수직으로 연장된다.

이러한 방식으로, 분사 방향 조립체는 디스크의 외부 에지를 떠나는 모든 액체의 궤적에 대한 그 영향을 최대화하기 위해 분사 액슬 및 스프닝 디스크에 대해 최적으로 위치될 수 있다.

예에서, 바닥 영역에서 분사 방향 조립체의 개구의 직경은 상기 분사 방향 조립체의 상단 영역에서의 개구의 직경보다 크다.

예에서, 디스크의 에지는 분사 방향 조립체의 내부 표면에 근접하게 그리고 분사 방향 조립체의 상단 영역에 근접하게 위치된다.

이러한 방식으로, 분사 방향 조립체는, 예를 들어 액적 크기 구조 또는 분포 등에 관한 임의의 해로운 효과가 발생할 수 있는 가능성 없이 디스크를 떠나는 모든 액체의 궤적에 직접적으로 영향을 미친다.

예에서, 상기 디스크의 에지와 상기 분사 방향 조립체의 내부 표면 사이의 최단 거리는 100 미크론 내지 1 mm 이다.

예에 따르면, 분사 방향 조립체에서는 액체가 분사 방향 조립체를 떠나는 분사 방향 조립체의 바닥 영역에서의 개구에 근접한 내부 표면은 상기 디스크의 표면의 평면에 대해 각지게 배치된다.

이러한 방식으로, 스피닝 디스크를 수평 위치로 진행시키고 원심력의 영향을 최적으로 사용하여 액체를 분무하는 것이 가능하다. 그럼에도 불구하고, 분사 방향 조립체에 있어서 분무된 액체는 일반적으로 스피닝 디스크의 수평 위치에 대해 각지게 배치되는 분무될 필요가 있는 타겟 구역 및/또는 작물을 향해 지향될 수 있다.

실시예에서 분사 방향 조립체의 내부 표면은 복수의 벽들을 포함하고, 복수의 벽들의 방향은 디스크의 측방향 측면에 대해 실질적으로 수직인 평면으로 연장되고, 추가로 복수의 벽들의 평면은 상기 디스크의 표면의 평면에 대해 실질적으로 수직이다.

이러한 방식으로, 채널 또는 그루브는 분사 액적들의 타켓된 분포를 지원하는 분사 방향 조립체의 일부로서 생성된다.

예에서, 복수의 벽은 디스크 주위에서 반경방향으로 그리고 바람직하게는 디스크 주위에서 동일한 거리에 위치된다.

실시예에서 분사 방향 조립체는 상단 영역에서 원형 개구를 갖고, 바닥 영역에서 타원형 개구를 갖는다.

즉 분사 방향 조립체의 바닥 영역에서의 타원형 개구는 플랫형 팬과 같은 분사 패턴을 달성하는데 지원한다.

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 낮은 마찰 표면을 갖는다.

이러한 방식으로, 회전하는 디스크로부터 형성된 개별적인 액적들은 분사 방향 조립체의 내부 표면을 가로질러 롤링하고 현저하게 접착되지 않는다.

예에서, 바닥 영역에서 분사 방향 조립체의 개구의 최대 직경에 대한 디스크의 직경 사이의 비는 1:2 내지 1:20 이다.

예에서, 분사 방향 조립체는 이중 벽형이고, 분사 방향 조립체의 2개의 벽 사이의 공간은 분사 방향을 향해 공기를 채널링하도록 구성된다.

즉, 고정된 후드 내의 공기 커튼은 타겟 구역 및/또는 작물로의 분사 시트의 수송 및 엽관 (leaf canopy) 내로의 침투를 지원한다. 이는 특히 분사 액적들 및 클라우드의 더 낮은 모멘텀이 작물 캐노피 내로의 액적의 침투를 감소시키는 낮은 분사 부피 (예를 들어, 50 l/ha 미만) 에서 적절하다. 공기 커튼은 또한 바람으로 인한 잠재적인 드리프트 문제들을 완화시키는데 사용될 수 있다.

제 2 양상에서, 제 1 양상에 따른 적어도 하나의 분사 유닛을 포함하는 분사 비히클이 제공된다.

예에서, 분사 비히클은 액체 탱크, 분사 방향을 향해 공기를 채널링하도록 구성된 분사 방향 조립체를 갖는 분사 유닛, 적어도 하나의 액추에이터, 복수의 센서 및 프로세싱 유닛을 포함한다. 액체 탱크는 액체를 유지하도록 구성된다. 적어도 하나의 분사 유닛은 액체를 분사하도록 구성된다. 적어도 하나의 액추에이터는 분사 방향을 향해 상기 분사 방향 조립체의 공간을 통해 공기 유동을 제어하도록 구성된다. 복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서는 지면에 대한 분사 비히클의 속도를 측정하도록 구성된다. 복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서는, 분사 비히클의 종단하는 (fore-aft) 축선에 대해 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향을 측정하도록 구성된다. 복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서는 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도를 측정하도록 구성된다. 프로세싱 유닛은 지면 상에서 종단하는 축선의 프로젝션에 대한 공기 이동 방향을 결정하고 지면에 대한 공기 이동 속도를 결정하도록 구성되며, 결정은 분사 비히클의 속도, 분사 비히클의 종단하는 축선에 대해 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향 및 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도의 이용을 포함한다. 프로세싱 유닛은 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 구성되고, 적어도 하나의 액추에이터를 제어하기 위한 적어도 하나의 명령어의 결정은 지면 상에서 종단하는 축선의 프로젝션에 대한 결정된 공기 이동 방향 및 지면에 대한 결정된 공기 이동 속도의 이용을 포함한다.

즉, 공기 커튼은, 예를 들어 잠재적 드리프트 (potential drift) 를 완화시키기 위해, 분사될 구역 상의 변경되는 바람 조건들을 다루도록 공기 유동이 조정되는 방식으로 설계된다.

유리하게, 임의의 상기 양상들에 의해 제공되는 이점들은 모든 다른 양상들에 동일하게 적용되며 그 역도 마찬가지이다.

상기 양상들 및 예들은, 이하에서 설명되는 실시예들로부터 명백하게 되고 그 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.

예시적인 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 다음에서 설명될 것이다.

도 1 은 측면도의 관점으로부터 새롭게 개발된 분사 유닛의 예의 개략적인 셋업을 나타낸다.
도 2 는 또 다른 측면도의 관점으로부터 도 1 에 따른 분사 유닛의 예를 도시한다.
도 3 은 측면도 관점로부터 분사 방향 조립체의 내부 측면 상에 복수의 벽들을 갖는 도 1 에 따른 분사 유닛의 예를 도시한다.
도 4 는 하측도의 관점으로부터 분사 방향 조립체의 내부 측면 상에 복수의 벽들을 갖는 도 3 에 따른 분사 유닛의 예를 도시한다.
도 5 는 하측도의 관점으로부터 도 1 에 따른 분사 유닛의 예를 도시한다.
도 6 은 분사 방향 조립체에서 공기 채널을 갖는 도 1 에 따른 분사 유닛의 예를 도시한다.
도 7 은 원뿔형 형상의 디스크를 갖는 도 1 에 따른 분사 유닛의 예를 도시한다.
도 8 은 분사 유닛을 구비한 분사 비히클의 개략적인 예를 도시한다.
도 9 는 상이한 분사 유닛들 및 그들의 상응하는 분사 스와스를 갖는 분사 비히클의 개략적인 예를 나타낸다.
도 10 은 분사 유닛을 갖는 분사 비히클 및 분사 방향 조립체를 통한 공기 유동의 제어의 개략적인 예를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b 각각은 상이한 바람 조건의 함수로서 분사 방향 조립체를 통한 공기 유동의 제어 및 분사 유닛을 갖는 분사 비히클의 개략적인 예를 도시한다.

도 1 은 분사 유닛 (10) 의 예를 측면도의 관점으로부터 도시한다. 분사 유닛은 액슬 (20), 디스크 (30), 액체 어플리케이터 (40) 및 분사 방향 조립체 (50) 를 포함한다. 디스크는 디스크의 중심에 센터링된 액슬 주위로 스피닝하도록 구성된다. 액체 어플리케이터는 디스크의 표면에 액체를 도포하도록 구성된다. 분사 방향 조립체는 디스크를 부분적으로 둘러싼다. 분사 방향 조립체의 내부 표면 (51) 은 디스크의 외부 에지를 떠나는 모든 액체의 궤적을 수정하도록 구성된다.

이와 같이, 분사 유닛의 분사 방향 조립체는 분사 시트를 중공의 원뿔형 형상 대신에 팬 형상으로 지향시킨다. 고정된 후드는 스피닝 디스크로부터 분무된 액적들을 포획하고 원하는 방향으로 지향시키게 허용하는 구성으로 스피닝 디스크를 둘러싼다. 그 결과로서, 랜드의 단위 면적 당 플랫 당 활성 성분의 정확한 적용이 보다 용이하게 제공될 수 있다.

예에서, 용어 "디스크" 는 플랫형 디스크를 지칭하지만 또한 원뿔형 형상의 디스크를 포함한다.

예에서, 디스크는 디스크의 주변부에 설정된 치형부 (teeth) 또는 톱니 (serration) 를 포함한다.

예에서, 용어 "부분적으로 둘러쌈" 은 분사 방향 조립체가 디스크의 외부 에지를 떠나는 적어도 모든 액체가 그들의 궤적에서 수정되는 그러한 설계 및 형상을 갖는다는 것을 나타낸다. 그러나, 분사 방향 조립체가 개구들을 갖기 때문에, 그것은 단지 부분적으로 디스크를 둘러싼다.

예에서, 분사 방향 조립체는 디스크의 중심에 센터링된 액슬 주위로 스프닝하지 않는다. 즉, 분사 조립체는 디스크의 중심에 센터링된 액슬 주위로 스프닝하도록 구성된 디스크에 대해 고정된 위치에 있다.

예에서, 액체 어플리케이터는 적어도 하나의 공급 파이프를 포함한다. 공급 파이프는 액체 탱크로부터 디스크로 액체를 이송하고, 디스크 상에 액체를 도포하도록 구성된다.

예에서, 액체 어플레케이터는 적어도 하나의 액체 탱크 및 적어도 하나의 공급 파이프를 포함한다.

예에서, 분사 방향 조립체는 외부 표면 (54) 을 갖는다.

예에서, 용어 "액체 (들)" 은 화학적 및/또는 생물학적 기반 농업 활성 성분, 예를 들어 제초제, 살충제, 살진균제, 작물 영양제, 생체자극제, 식물 성장 조절제 등을 포함하는 액체 (들) 를 지칭한다.

예에서, 액슬에 가까운 화살표는 액슬과 디스크의 잠재적 회전 방향을 나타낸다. 회전은 또한 시계방향일 수 있다.

예에서, 디스크의 평면 표면 위의 화살표는 원심력과 액체의 분무의 방향을 나타낸다.

예에 따르면, 분사 방향 조립체는 대향 종속된 측벽들 및 상단 영역에서의 개구 (52) 및 바닥 영역에서의 개구 (53) 을 갖는 반구 형상을 갖는다.

용어 "반구형" 은 예를 들어 반장구형 (semi-prolate) 또는 반편원체 형상 (semi-oblate) 과 같은 예로써 반구체 또는 반타원체를 포함하는, 단지 진 구형 이외의 형상들을 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 형상은 그것들이 라운딩되는 정도가 변하는 다수의 표면들을 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 2개 이상의 그러한 표면들이 만나는 곳에 보다 작은 불연속성들이 존재할 수 있다.

예에서, 분사 방향 조립체는 반구형 형상을 갖는다.

예에서, 용어 "상단 영역" 및 "바닥 영역" 은 지면에 대한 지리적 위치들을 지칭하며, 여기서 "바닥 영역" 은 "상단 영역" 에 비해 지면에 더 가깝다.

예에 따르면, 액슬은 분사 방향 조립체의 상단 영역에서 개구의 중심 위치를 통해 수직으로 연장된다.

예에서, 액체 어플리케이터의 공급 파이프는 분사 방향 조립체의 상단 영역에서의 개구를 통해 연장된다.

예에 따르면, 바닥 영역에서 분사 방향 조립체의 개구의 직경은 분사 방향 조립체의 상단 영역에서의 개구의 직경보다 크다.

예에서, 바닥 영역에서의 개구는 원형 또는 타원형 단면을 갖는다. 타겟된 작물 및/또는 구역을 향해 바닥 영역에서의 개구를 떠나는 분무화된 액체의 분사 스와스 (swath) 는 바닥 영역에서 애퍼츄아와 동일하거나 유사한 단면을 갖는다 (따라서 또한 원형 또는 타원형이다).

예에 따르면, 디스크의 에지는 분사 방향 조립체의 내부 표면에 근접하게 그리고 분사 방향 조립체의 상단 영역에 근접하게 위치된다.

예에서, 상단 영역에서 분사 방향 조립체의 개구와 디스크 사이의 거리 및 바닥 영역에서 분사 방향 조립체의 개구와 디스크 사이의 거리의 비는 1:2 내지 1:20, 바람직하게는 1:3:1:10 이다.

예에 따르면, 디스크의 에지와 분사 방향 조립체의 내부 표면 사이의 최단 거리는 100 미크론 내지 1 mm, 더 바람직하게는 150 미크론 내지 500 미크론이다.

예에 따르면, 액체가 분사 방향 조립체를 떠나는 분사 방향 조립체의 바닥 영역에서의 개구에 근접한 내부 표면은 디스크의 표면의 평면에 대해 각지게 배치된다.

즉, 디스크로부터의 액체가 분사 방향 조립체의 내부 표면 상에 충돌한다. 바닥 영역 상의 개구에서, 분무된 액체는 분사 방향 조립체의 내부 표면을 하향으로 슬로핑한 후에 분사 방향 조립체를 떠난다. 분무된 액체의 방향은 분사 방향 조립체의 하부 부품에서 내부 표면의 공간 설계에 의해 조향된다. 타겟된 작물 및/또는 구역을 향한 분무된 액체의 떠나는 방향은 디스크의 표면의 평면에 대해 각지게 배치된다.

예에서, 분사 방향 조립체는 디스크의 표면의 평면에 대해 실질적으로 수직인 각도로 배치된다. 본 문맥에서 용어 "실질적으로 수직" 은 90°± 50°, 바람직하게는 90°± 30°, 더 바람직하게는 90°± 20°, 가장 바람직하게는 90°± 10° 의 각도를 지칭한다.

예에서, 도 1 의 분사 방향 조립체를 떠나는 분무된 액체 옆의 화살표는 디스크의 수평 평면에 대해 떠나는 분무된 액체의 가능한 방향의 예를 나타낸다.

예에서, 액슬 근처의 화살표는 액슬의 가능한 회전 방향을 나타낸다. 회전은 또한 시계방향일 수 있다.

예에서, 디스크 위의 화살표는 디스크의 원심력의 방향 및 액체의 분무 방향을 나타낸다.

"분무" 은 개별 원자들을 의미하는 것이 아니라, 분사 시스템에 대해 이러한 용어의 표준 용도에 관한 것으로, 크기를 범위설정할 수 있는 입자들의 미세한 미스트를 의미한다.

도 2 는 또 다른 측면 시점으로부터 도 1 에 따른 분사 유닛 (10) 의 예를 도시한다. 분사 방향 조립체 (50) 는 부분적으로 디스크 (30) 를 둘러싸고, 액슬 (20) 및 액체 어플리케이터 (40) 를 위한 상단 영역에서의 개구 (52) 를 갖는다. 분사 방향 조립체 (50) 는 또한 분무된 액체가 분사 유닛을 떠나는 바닥 영역에서의 개구 (53) 를 갖는다. 액슬 근처의 도 2 의 화살표는 액슬의 가능한 회전 방향을 나타낸다. 회전은 또한 시계방향일 수 있다.

도 3 은 분사 방향 조립체 (50) 의 내부 측면 상에 복수의 벽들 (70) 을 갖는 도 1 에 따른 분사 유닛 (10) 의 예를 도시한다. 분사 방향 조립체의 내부 표면 (51)(도면 번호는 도면에 도시되지 않음) 은 복수의 벽들을 포함하고, 복수의 벽들의 방향은 디스크의 측방향 측면에 대해 실질적으로 수직인 평면으로 연장되고, 추가로 복수의 벽들의 평면은 디스크 (30) 의 표면의 평면에 대해 실질적으로 수직이다

예에서, 디스크의 측방향 측면에 대한 복수의 벽들의 방향의 문맥에서 용어 "실질적으로 수직" 은 90°± 40°, 바람직하게는 90°± 30°, 더 바람직하게는 90°± 20° 의 각도를 지칭한다.

예에서, 디스크의 표면의 평면에 대해 복수의 벽들의 평면 (들) 의 문맥에서 용어 " 실질적으로 수직" 은 90°± 30°, 바람직하게는 90°± 20°, 더 바람직하게는 90°± 10° 의 각도를 지칭한다.

예에 따르면, 복수의 벽은 (원주방향으로) 디스크 주위에서 반경방향으로 그리고 바람직하게는 디스크 주위에서 서로 동일한 거리에 위치된다.

도 3 의 화살표는 액슬의 가능한 회전 방향을 나타낸다. 회전은 또한 시계방향일 수 있다.

도 4 은 하측도의 관점으로부터 분사 방향 조립체 (50) 의 내부 측면 상에 복수의 벽들 (70) 을 갖는 도 3 에 따른 분사 유닛 (10) 의 예를 도시한다. 디스크 (30) 는 아래로부터 개구 (53) (도면부호는 도면에 도시되지 않음) 를 통해 도시된다. 디스크는 분사 방향 조립체에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 분사 방향 조립체의 내부 표면 (51) 은 복수의 벽들을 포함하고, 복수의 벽들의 방향은 디스크의 측방향 측면에 대해 실질적으로 수직인 평면으로 연장되고, 추가로 복수의 벽들의 평면은 디스크의 표면의 평면에 대해 실질적으로 수직이다.

예에서, 디스크의 평면 표면은, 액체가 디스크 상의 액체 어플리케이터로부터 충돌하고, 스피닝 디스크의 원심력이 액체를 강제로 분무시키고, 최종적으로 분무된 액체가 평면 표면의 주변부에서 디스크를 떠나는 평면 원형 섹션을 지칭한다.

예에서, 화살표는 스피닝 디스크의 잠재적 회전 방향을 나타낸다. 회전은 또한 시계방향일 수 있다.

도 5 는 하측도의 관점으로부터 도 1 에 따른 분사 유닛 (10) 의 예를 도시한다. 디스크 (30) (점선) 는 아래로부터 개구 (53) 를 통해 도시된다. 디스크는 분사 방향 조립체 (50) 에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 분사 방향 조립체는 상단 영역에서 원형 개구 (52) 를 갖고, 바닥 영역에서 타원형 개구 (53) 를 갖는다.

예에 따르면, 분사 방향 조립체 (50) 의 내부 표면 (51) 은 낮은 마찰 표면을 갖는다.

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 소수성이다.

내부 표면의 표면 화학성질은 변경될 수 있다. 매끄러운 표면들을 위해, 분사 액체의 표면 접착성 (필름, 인대 또는 드롭으로서) 이 이러한 방식으로 변경될 수 있다. 수성 액체의 경우, 친수성 표면은 더 낮은 슬립과 더 높은 접착성을 갖는 반면, 소수성 표면은 더 높은 슬립과 더 낮은 접착성을 가질 것이다 (그리고 오일의 경우 그 반대임). 그러나, 매끄러운 표면의 경우, 접근가능한 접착성의 범위는 높지 않다 (협소한 접촉 각도 범위에 의해 알 수 있음).

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 텍스츄어링된다.

내부 표면은 예를 들어 빗-형 구조체 (comb-like structure) 를 포함할 수 있다. 예로서, 3D 프린팅은 텍스츄어링된 표면 구조체들을 생성하기 위해 사용될 수 있다.

예에서, 텍스츄어링된 특징부들의 크기는 10 nm 내지 100 미크론, 바람직하게는 1 미크론 내지 80 미크론이다.

마이크로 텍스츄어링된 표면에 대해서는 접착 범위 (및 접촉 각도) 는 현저히 확장된다. (보다 상세한 기술은 논문 Bico et al, Wetting of textured surfaces, Colloids and Surfaces A 206 (2002) 41-16 에 제시되어 있다.)

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 물과 110° 초과, 바람직하게는 120° 초과의 접촉 각도를 갖는다.

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 초소수성이고, 바람직하게는 물과의 접촉각이 150° 를 초과한다.

각도가 클수록 접착성이 낮아지는 것은 당업자에게 알려져 있다.

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 액적이 내부 표면과 접촉하는 것을 방지하는 공기의 쿠션을 방출하도록 구성된다.

텍스츄어링된 표면들의 습윤화에서의 최근의 진보들은 광범위한 액체들에 대해 비습윤성인 표면들을 발생시킨다. (보다 상세한 내용은 Tuteja et al, Robust omniphobic surfaces, PNAS 105 (2008) 18200-18205, US 2019/0077968A1, US 2019/0039796A1, US 2015/0273518A1, https://en.wikipedia.org/wiki/LiquiGlide) 에 제시되어 있다. 이러한 표면들은 또한 분사 방향 조립체의 내부 표면에 사용될 수 있다.

예에 따르면, 바닥 영역에서 분사 방향 조립체 (50) 의 개구 (53) 의 최대 직경에 대한 디스크 (30) 의 직경의 비는 1:2 내지 1:20, 바람직하게는 1:4 내지 1:10 이다.

도 6 은 분사 방향 조립체에서 공기 채널을 갖는 도 1 에 따른 분사 유닛 (10) 의 예를 도시한다. 분사 유닛 (10) 은 분사 방향 조립체가 이중-벽형인 것을 제외하고는 도 1 에서 논의된 분사 유닛과 유사하다. 분사 방향 조립체의 2개의 벽들 사이의 공간 (60) 은 분사 방향을 향해 공기를 채널링하도록 구성된다.

예에서, 2개의 벽들 사이의 공간 (60) 은 또한 하나 (또는 그 이상) 의 "공기 채널" 로 지칭된다.

예에서, 공기 스트림은 팬에 의해 드라이빙되고 분사 방향 조립체의 상단으로부터 바닥 영역으로 공간 (60) 을 통해 유동한다.

예에서, 팬은 예를 들어 UAV 의 프로펠러들일 수 있다. 프로펠러들로부터 하향으로의 바람은 공간 (60) 을 통해 분사방향 조립체의 바닥 영역으로 지향된다. 예를 들어, 액추에이터는 공간 (60) 을 통해 공기 부피 유동/시간 단위를 제어한다.

공기 부피 유동/시간 단위는 소정 시간 단위 동안의 공간/공기 채널의 단면적을 공기 속도에 곱하여 계산할 수 있음을 유의해야 한다.

예에서, 분사 방향 조립체의 내부 표면은 바람직하게는 실질적으로 균일하게 분포된 공극들을 포함한다. 공극들은 내부 표면을 향해 공기를 채널링하고, 디스크를 떠나는 액적들이 내부 표면과 접촉하는 것을 방지하는 공기의 쿠션을 생성한다.

예에서, 도 6 에 나타낸 화살표들은, 공간 (60) 에 가까운 화살표들이 분사 방향 조립체의 상단 영역으로부터 바닥 영역으로 그리고 그후 분사 방향을 향하는 방향으로 유동하는 공기 스트림을 나타낸다는 것을 제외하고는, 도 1 의 문맥에서 논의된 것과 유사한 의미를 갖는다.

도 7 은 원뿔형 형상의 디스크 (30) 를 갖는 도 1 에 따른 분사 유닛 (10) 의 예를 나타낸다. 분사 유닛 (10) 은 액슬 (20), 원뿔형 형상의 디스크 (30), 액체 어플리케이터 (40) 및 분사 방향 조립체 (50) 를 포함한다.

예에서, 도 7 에 나타낸 화살표들은 도 1 의 문맥에서 논의된 바와 유사한 의미를 갖는다.

예에서, 분사 유닛은 붐 분사기, 무인 항공기 (Unmanned Aerial Vehicles, UAVs), 무인 지상 비히클 (Unmanned Ground Vehicle, UGVs), 로보틱스 플랫폼, 백팩 분사기를 위해 이용될 수 있다.

도 8 는 도 1 과 관련하여 설명된 바와 같은 분사 유닛 (10) 을 구비한 분사 비히클 (100) 의 개략적인 예를 나타낸다.

예에서, 비히클은 드론 또는 UAV 이다.

예에서, 비히클은 무인 지상 비히클(UGV), 로봇 플랫폼, 트랙터와 같은 육상 비히클이다.

도 9 는 상이한 분사 유닛들 및 그들의 상응하는 분사 스와스를 갖는 분사 비히클의 개략적인 예를 나타낸다. 예 a) 에서의 분사 비히클은 스피닝 디스크 (30) 를 갖지만 분사 방향 조립체는 갖지 않는 분사 유닛을 포함한다. 이러한 분사 비히클에 의한 분사로부터 기인하는 분사 스와스 디포지션은 우측에 도시되고, 분사 스와스를 가로지르는 큰 거리를 갖는 M-형상을 갖는다. 예 b) 에서, 분사 비히클은 스피닝 디스크 (30) 및 바닥 영역에서 원형 구멍 (53) 을 갖는 분사 방향 조립체 (50) 를 포함한다. 이러한 분사 비히클에 의해 분사하는 것은 예 a) 에 도시된 바와 같은 분사 스와스에 비해 더 균일한 분사 스와스를 초래한다. 예 c) 에서, 분사 비히클은 스피닝 디스크 (30) 및 분사 방향 조립체 (50) 를 포함하며, 분사 방향 조립체는 바닥 영역에서 타원형 개구 (53) 및 내부 표면에서 복수의 벽 (70) 을 갖는다. 분사 스와스는 분사 스와스의 전체 거리에 걸쳐 균일하다. 예 a) 내지 c) 에서 디스크 (30) 상의 화살표들은 또한 시계방향일 수 있는 디스크의 회전 방향을 나타낸다.

도 10 은 액체 탱크 (110), 분사 방향을 향해 공기를 채널링하도록 구성된 공간 (공기 채널) (60) 을 갖는 분사 방향 조립체 (50) 를 갖는 분사 유닛 (10), 적어도 하나의 액추에이터 (120), 복수의 센서 (130) 및 프로세싱 유닛 (140) 을 포함하는 분사 비히클 (100) 의 개략적인 예를 도시한다. 액체 탱크는 액체를 유지하도록 구성된다. 적어도 하나의 분사 유닛은 액체를 분사하도록 구성된다. 적어도 하나의 액추에이터는 분사 방향을 향해 상기 분사 방향 조립체의 공간 (60) 을 통해 공기 유동을 제어하도록 구성된다. 복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서 (131) 는 지면에 대한 분사 비히클의 속도를 측정하도록 구성된다. 복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서 (132) 는, 분사 비히클의 종단하는 (fore-aft) 축선에 대해 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향을 측정하도록 구성된다. 복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서 (133) 는 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도를 측정하도록 구성된다. 프로세싱 유닛은 지면 상으로 종단하는 축선의 프로젝션에 대한 공기 이동 방향을 결정하고 지면에 대한 공기 이동 속도를 결정하도록 구성되며, 결정은 분사 비히클의 속도, 분사 비히클의 종단하는 축선에 대해 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향 및 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도의 이용을 포함한다. 프로세싱 유닛은 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 구성되고, 적어도 하나의 액추에이터를 제어하기 위한 적어도 하나의 명령어의 결정은 지면 상에서 종단하는 축선의 프로젝션에 대한 결정된 공기 이동 방향 및 지면에 대한 결정된 공기 이동 속도의 이용을 포함한다.

예에서, 지면에 대한 분사 비히클의 속도를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 (131) 는 GPS 시스템을 포함한다.

예에서, 지면에 대한 분사 비히클의 속도를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 (131) 는 레이저 반사율 기반 시스템을 포함한다.

예에서, 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 (132) 는 풍향계 (wind vane) 를 포함한다.

예에서, 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 (133) 는 풍속계를 포함한다.

예에서, 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 (133) 는 피토 튜브 (pitot tube) 를 포함한다.

예에서, 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향, 속도 (및 거리) 를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 (132 및 133) 는 LIDAR 센서, 바람직하게는 Doppler LIDAR 센서를 포함한다.

예에서, "적어도 하나의 액추에이터" 는 에너지를 운동으로 변환하는 적어도 하나의 기계적 디바이스를 지칭한다. 에너지 소스는, 예를 들면, 전류, 유압 유체 압력, 공압, 기계적 에너지, 열 에너지, 또는 자기 에너지일 수 있다. 예를 들어, 전기 모터 조립체는 전류를 로터리 운동으로 변환하고, 또한 로터리 운동을 직선 운동으로 변환하여 이동을 실행하는 액추에이터 유형일 수 있다. 이러한 방식으로, 액추에이터는 모터, 기어, 링키지 (linkage), 휠, 나사, 펌프, 피스톤, 스위치, 서보 (servo), 또는 일 형태의 에너지를 운동으로 변환하는 다른 요소를 포함할 수 있다.

예에서, "적어도 하나의 액추에이터" 는 공간 (60) 을 통한 공기 유동을 제어하는 적어도 하나의 기계적 디바이스를 지칭하고, 공기 부피 유동은 UAV 프로펠러들에 의해 생성된다.

도 11a 및 도 11b 각각은 상이한 바람 조건의 함수로서 분사 방향 조립체 (50) 를 통한 공기 유동의 제어 및 분사 유닛 (10) 을 갖는 분사 비히클 (100) 의 개략적인 예를 도시한다. 예에서, 분사 비히클은 UAV 이고, UAV 의 프로펠러 유닛 아래에 위치하는 적어도 하나의 분사 유닛을 포함한다. 분사 유닛은 분사 방향을 향해 공기를 채널링하도록 구성된 분사 방향 조립체의 2개의 벽들 사이에 공간 (60) 을 갖는 분사 방향 조립체 (50) 를 포함한다. 복수의 센서들 (130) 은 - 그 중에서도- 공기의 이동 방향 및 속도 (바람) 를 감지한다. 프로세싱 유닛 (도시되지 않음) 은 적어도 하나의 액추에이터 (도시되지 않음) 에게 분사 방향 조립체의 공간을 통해 분사 방향을 향해 공기 유동을 제어하도록 지시하기 위해 감지된 정보를 사용한다. 도 11a 의 예에서, 바람은 낮은 바람 속도를 갖고, 따라서 낮은-부피 공기 스트림은 분사 방향 조립체의 공간을 통해 분사 방향을 향해 유동한다. 도 11b 의 예에서 바람은 높은 바람 속도를 갖고 따라서 높은 부피 공기 스트림이 분사 방향 조립체의 공간을 통해 분사 방향을 향해 유동한다.

본 발명의 실시예들은 상이한 주제물들을 참조하여 설명됨이 주목되어야 한다. 특히, 일부 실시예는 분사 유닛 유형 청구항들을 참조하여 설명되는 한편, 다른 실시예는 분사 비히클 유형 청구항들을 참조하여 설명된다. 하지만, 당업자는, 달리 통지되지 않으면, 하나의 유형의 주제물에 속하는 특징들의 임의의 조합에 추가하여, 또한, 상이한 주제물들에 관한 특징들 사이의 임의의 조합이 본 출원과 함께 개시되도록 고려된다는 것을 상기의 및 다음의 설명으로부터 알 수 있을 것이다. 하지만, 모든 특징들이 조합되어, 특징들의 단순한 합산을 초과하는 시너지 효과들을 제공할 수 있다.

본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 예시되고 상세히 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 제한적인 것이 아닌 예시적이거나 전형적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들이, 도면들, 개시내용, 및 종속항들의 연구로부터, 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 실행될 수 있다.

청구항들에 있어서, 단어 "포함하는" 은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수형은 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구항들에 기재된 수개의 아이템들의 기능들을 이행할 수도 있다. 소정 조치들이 상호 상이한 종속항들에 인용된다는 단순한 사실은 이들 조치들의 조합이 이점을 얻기위해 사용될 수 없음을 나타내지는 않는다. 청구항들에 있어서의 임의의 도면부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims

분사 유닛 (10) 으로서,
- 액슬 (20);
- 디스크 (30);
- 액체 어플리케이터 (40); 및
- 분사 방향 조립체 (50) 를 포함하고,
상기 디스크는 상기 디스크의 중심에 센터링된 상기 액슬 주위로 스피닝하도록 구성되고;
상기 액체 어플리케이터는 상기 디스크의 표면에 액체를 도포하도록 구성되고;
상기 분사 방향 조립체는 상기 디스크를 부분적으로 둘러싸고, 상기 분사 방향 조립체의 내부 표면 (51) 은 상기 디스크의 외부 에지를 떠나는 모든 액체의 궤적을 수정하도록 구성되는, 분사 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 분사 방향 조립체는 대향 종속된 측벽들 및 상단 영역에서의 개구 (52) 및 바닥 영역에서의 개구 (53) 을 갖는 반구 형상을 갖는, 분사 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 액슬은 상기 분사 방향 조립체의 상단 영역에서 상기 개구의 중심 위치를 통해 수직으로 연장되는, 분사 유닛.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
바닥 영역에서 상기 분사 방향 조립체의 상기 개구의 직경은 상기 분사 방향 조립체의 상단 영역에서 개구의 직경보다 큰, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스크의 에지는 상기 분사 방향 조립체의 내부 표면에 근접하게 그리고 상기 분사 방향 조립체의 상단 영역에 근접하게 위치되는, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스크의 에지와 상기 분사 방향 조립체의 내부 표면 사이의 최단 거리는 100 미크론 내지 1 mm 인, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
액체가 상기 분사 방향 조립체를 떠나는 상기 분사 방향 조립체의 바닥 영역에서의 개구에 근접한 내부 표면은 상기 디스크의 표면의 평면에 대해 각지게 배치되는, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분사 방향 조립체의 내부 표면은 복수의 벽들 (70) 을 포함하고,
복수의 벽들의 방향은 상기 디스크의 측방향 측면에 대해 실질적으로 수직인 평면으로 연장되고,
추가로 상기 복수의 벽들은 상기 디스크의 표면의 평면에 대해 실질적으로 수직인, 분사 유닛.
제 8 항에 있어서,
상기 벽들은 상기 디스크 주위에서 반경방향으로 그리고 바람직하게는 상기 디스크 주위에서 동일한 거리로 위치되는, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분사 방향 조립체는 상단 영역에서 원형 개구를 갖고, 바닥 영역에서 타원형 개구를 갖는, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분사 방향 조립체의 내부 표면은 저마찰 표면을 갖는, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
바닥 영역에서 상기 분사 방향 조립체의 개구의 최대 직경에 대한 상기 디스크의 직경 사이의 비는 1:2 내지 1:20 인, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분사 방향 조립체는 이중 벽형이고, 상기 분사 방향 조립체의 2개의 벽들 사이의 공간 (60) 은 분사 방향을 향해 공기를 채널링하도록 구성되는, 분사 유닛.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 분사 유닛 (10) 을 포함하는 분사 비히클 (100).
제 14 항에 있어서,
- 액체 탱크 (110);
- 적어도 하나의 액추에이터 (120)
- 복수의 센서 (130);
- 프로세싱 유닛 (140) 을 더 포함하고,
상기 액체 탱크는 액체를 유지하도록 구성되고;
적어도 하나의 분사 유닛은 액체를 분사하도록 구성되고;
상기 적어도 하나의 액추에이터는 분사 방향을 향해 상기 분사 방향 조립체의 공간 (60) 을 통해 공기 유동을 제어하도록 구성되고;
복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서 (131) 는 지면에 대한 분사 비히클의 속도를 측정하도록 구성되고;
복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서 (132) 는, 분사 비히클의 종단하는 (fore-aft) 축선에 대해 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향을 측정하도록 구성되고;
복수의 센서들 중 적어도 하나의 센서 (133) 는 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도를 측정하도록 구성되고;
상기 프로세싱 유닛은 지면 상에서 종단하는 축선의 프로젝션에 대한 공기 이동 방향을 결정하고 지면에 대한 공기 이동 속도를 결정하도록 구성되며, 결정은 분사 비히클의 속도, 분사 비히클의 종단하는 축선에 대해 분사 비히클에 대한 공기 이동 방향 및 분사 비히클에 대한 공기 이동 속도의 이용을 포함하고;
상기 프로세싱 유닛은 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 액추에이터를 제어하기 위한 적어도 하나의 명령어의 결정은 지면 상에서 종단하는 축선의 프로젝션에 대한 결정된 공기 이동 방향 및 지면에 대한 결정된 공기 이동 속도의 이용을 포함하는, 분사 비히클 (100).