TW202110537A - 用於噴霧單元的盤 - Google Patents

Abstract

本發明有關用於自旋盤液體霧化器的盤(10)。所述盤之表面(20)包含複數個以所述盤的中心為中心而具有不同半徑之同心環(30)。相鄰同心環對的第一同心環(40)具有建構為對液體呈現第一附著力之表面。相鄰同心環對的第二同心環(50)具有建構為對液體呈現第二附著力之表面，且其中第一附著力係小於第二附著力。

Description

用於噴霧單元的盤

本發明有關用於噴霧單元的盤、具有此盤之噴霧單元、具有至少一盤的載具、及具有此噴霧單元之載具。

本發明的一般背景係除草劑和農藥在作物上之應用。噴霧液必須霧化。通常使用液壓噴嘴完成此操作。更複雜的方法係使用自旋盤。當噴灑除草劑/農藥之載具係無人機或無人航空載具(UAV)時，需要仔細考慮專用的噴霧技術，因為其增加重量且具有能量需求。因此，此自旋盤具有成為無人機應用之有效霧化系統的潛力。這是因為它們具有用於產生液滴之通常低的能量需求，且其他部件與電池供電的無人機相容。

通常，自旋盤霧化器具有三種液滴形成模式：

1.如果部分加載所述盤，則在所述盤之邊緣會個別地形成點滴，典型於通常設定進入所述盤的周邊之齒部或鋸齒，如圖5a中所示；

2.如果所述盤被加載至接近容量，則形成繫帶，由此隨著其附屬物形成點滴，導致點滴尺寸的雙模態(或更廣泛)分佈，如圖5b中所示；和

3.如果所述盤過載，則液體成片地離開所述盤，且霧化更接近至液壓噴嘴，具有點滴尺寸之寬廣分佈，且具有比先前二液滴形成模式較小的液滴增加比例，如圖5c中所示。

在理想情況下，應僅使用上面第一個討論之第一霧化過程來施用產品。這確保對液滴尺寸的控制，並使細小液滴之形成及/或液滴尺寸的寬廣分佈最小化。然而，這並不容易完成，因為盤的直徑、轉速或每分鐘轉數(RPM)、 和配方表面張力都傾向於影響霧化過程。因此，對於所需之施用率而言，可能無法達到所需的液滴尺寸，導致以下一或更多項：液滴尺寸之分佈太寬廣、不正確的施用率、及能源需求過高之施用無法經由無人機持續運行。應注意的是，液滴尺寸之分佈太寬廣和施用率不正確的問題同樣適用於以地面為基地之噴霧器。

需要解決這些問題的一或更多個。

具有用於液體噴霧之改進機制將為有利的，所述液體例如那些含有肥料、除草劑和農藥、例如殺蟲劑者。

通過申請專利範圍獨立項的主題來解決本發明之目的，其中在申請專利範圍附屬項中併入其他實施例。應當注意，本發明之以下敘述的態樣和範例亦適用於噴霧單元，所述載具具有一或更多個噴霧單元。

在第一態樣中，提供有用於自旋液體盤霧化器之盤。所述盤的表面包含複數個以盤之中心為中心而具有不同半徑的同心環。相鄰同心環對之第一同心環具有建構為對液體呈現第一附著力的表面，且相鄰同心環對之第二同心環具有建構為對液體呈現第二附著力的表面。第一附著力小於第二附著力。

以此方式，提供用於自旋盤液體霧化器或液體噴霧單元之盤，在此經過改變液體橫越盤表面時與盤表面如何相互作用來提供液滴幅度的控制。這導致控制液體於所述盤上或在所述盤之周邊處分離的方式之能力，其不同於經過轉速及/或施用至自旋盤的液體之流速所實現的正常控制。

此表面結構導致橫越所述表面之液體分離成較大及較小的液滴，且接著較大之液滴比較小的液滴移動更快。然後，較大之液滴傾向於與較小的液滴凝聚，從而導致更均勻之液滴幅度。

再者，液體以波的形式到達所述盤之邊緣，導致至所述盤的邊緣之負載增加，並導致較大的液滴排放尺寸，不易受到空氣移動所引起之漂移的影 響，並可適當設計用於將活性成分傳送至植物及/或植物上之昆蟲/害蟲的尺寸。

因此，可為所需之流速提供所需的液滴尺寸，且另外可使環繞所需之液滴尺寸中心定位的液滴尺寸分佈更窄。

以此方式，可提供每單位土地面積上之每株植物的活性成分之正確施用，其液滴尺寸係適當地設計供施用及/或適當地設計其尺寸以減輕藉由空氣移動所引起的液滴之漂移。

在範例中，所述盤的表面包含中心盤區域，其中中心盤區域的最大半徑係小於複數個同心環之最小半徑。

在範例中，中心盤區域具有建構為對液體呈現第二附著力的表面。

用這種方法，已發現這有助於使向待噴霧液體之動量的轉移最大化。

在範例中，第一同心環係相鄰中心盤區域。

於範例中，複數個同心環包含三或更多個同心環。對於在往外方向中前進之相鄰的同心環，附著力於第一附著力和第二附著力之間交替。

在範例中，與所述盤的外邊緣相鄰之同心環具有建構為對液體呈現第二附著力的表面。

於範例中，第一附著力係藉由疏水性表面所提供。

在範例中，第二附著力係藉由親水性表面所提供。

於範例中，第一附著力係藉由有意紋理化之表面所提供。

在範例中，第二附著力係藉由有意紋理化的表面所提供。

於範例中，所述盤之外邊緣包含鋸齒。

在第二態樣中，提供有噴霧單元，包含：

-軸件；

-根據第一態樣的盤；及

-液體施用器。

所述盤建構為繞著中心定位於所述盤之中心的軸件自旋。液體施用器建構為將液體施用至所述盤之表面。

在第三態樣中，提供有噴霧載具，其包含根據第一態樣的至少一盤。

於第四態樣中，提供有噴霧載具，其包含根據第二態樣之至少一噴霧單元。

有利地係，藉由上面任何態樣所提供的利益同樣適用於所有其他態樣，且反之亦然。

上面態樣和範例將參考下文所敘述的實施例變得顯而易見及被闡明。

10:盤

20:表面

30:同心環

40:第一同心環

50:第二同心環

60:中心盤區域

70:外邊緣

80:鋸齒

100:噴霧單元

110:軸件

120:液體施用器

200:噴霧載具

300:噴霧載具

下文將參考以下附圖敘述示範實施例：

圖1顯示用於自旋液體盤霧化器之新開發的盤之範例的示意性總佈置圖。

圖2顯示新開發之噴霧單元的範例之示意性總佈置圖。

圖3顯示具有至少一新開發的盤之噴霧載具的範例之示意性總佈置圖。

圖4顯示具有至少一新開發的噴霧單元之噴霧載具的範例之示意性總佈置圖。

圖5a、5b和5c顯示來自一或更多個現有盤的範例之噴霧液滴分佈的範例；

圖6顯示用於噴霧單元之新開發的盤之示意性範例。

圖7顯示用於噴霧單元之新開發的盤之示意性範例。

圖8顯示來自現有盤的範例之噴霧液滴分佈的範例。

圖9顯示用於噴霧單元之新開發的盤之範例的示意性總佈置圖；及

圖10顯示橫越用於噴霧單元之新開發的盤之表面的液滴移動之示意 性範例。

圖1顯示用於自旋盤液體霧化器的盤10之範例。盤的表面20包含複數個同心環30，其以盤的中心為中心而具有不同之半徑。相鄰同心環對的第一同心環40之表面建構為對液體呈現第一附著力，且相鄰同心環對的第二同心環50之表面建構為對液體呈現第二附著力。第一附著力係小於第二附著力。

以此方式，提供用於自旋盤液體霧化器或液體噴霧單元的盤，在此經過改變液體橫越盤表面時與盤表面如何相互作用來提供液滴幅度的控制。這導致控制液體於所述盤上或在所述盤之周邊處分離的方式之能力，其不同於經過轉速及/或施用至自旋盤的液體之流速所實現的正常控制。

此表面結構導致橫越所述表面之液體分離成較大及較小的液滴，且在此接著較大之液滴比較小的液滴移動更快。然後，較大之液滴傾向於與較小的液滴凝聚，從而導致更均勻之液滴幅度。

再者，液體以波的形式到達所述盤之邊緣，導致至所述盤的邊緣之負載增加，並導致較大的所需液滴排放尺寸。

因此，可為所需之流速提供所需的液滴尺寸，且另外可使環繞所需之液滴尺寸中心定位的液滴尺寸分佈更窄。

以此方式，可提供每單位土地面積上之每株植物的活性成分之正確施用，其液滴尺寸係適當地設計供施用及/或適當地設計其尺寸以減輕藉由空氣移動所引起的液滴之漂移。

在範例中，相鄰同心環對的第一同心環40係與相鄰同心環對之第二同心環50毗鄰。

根據範例，盤的表面包含中心定位於軸件上之中心盤區域60。中心盤區域的最大半徑係小於本身中心定位在軸件上的複數同心環之最小半徑。

根據範例，中心盤區域具有建構為對液體呈現第二附著力的表面。

用這種方法，已發現這有助於使向待噴霧液體之動量的轉移最大化。

根據範例，第一同心環係相鄰中心盤區域。

在範例中，第一同心環係與中心盤區域毗鄰。

根據範例，複數同心環包含三或更多個同心環。對於在往外方向中前進之相鄰的同心環，附著力於第一附著力和第二附著力之間交替。

在範例中，相鄰的同心環係彼此鄰毗。

根據範例，與所述盤的外邊緣相鄰之同心環具有建構為對液體呈現第二附著力的表面。

於範例中，與外邊緣相鄰之同心環係與外邊緣毗鄰。

根據範例，第一附著力係藉由疏水性表面所提供。

根據範例，第二附著力係藉由親水性表面所提供。

根據範例，第一附著力係藉由有意紋理化的表面所提供。

根據範例，第二附著力係藉由有意紋理化之表面所提供。

根據範例，所述盤的外邊緣70包含鋸齒80。

圖2顯示噴霧單元100之範例。噴霧單元包含軸件110及如相對於圖1所敘述的盤10。噴霧單元亦包含液體施用器120。所述盤建構為繞著中心定位於所述盤之中心上的軸件自旋。液體施用器建構為將液體施用至盤之表面。

圖3顯示噴霧載具200的範例。噴霧載具包含如相對於圖1所敘述之至少一盤10。

在範例中，載具係無人機或UAV。

於範例中，載具係陸地載具。

圖4顯示噴霧載具300的範例。噴霧載具包含如相對於圖2所敘述之至少一噴霧單元100。

在範例中，載具係無人機或UAV。

於範例中，載具係陸地載具。

在範例中，載具300係與載具200相同。然而，於某些情況下，製造商可製造不具有液體施用器120的載具200。例如，在某些情況下，可隨後將液體施用器裝配至載具。因此，可將載具製造為載具200，且接著當添加液體施用器時可變成載具300。

現在相對於具體實施例更詳細地敘述用於噴霧單元之盤、具有此盤的噴霧單元、具有至少一盤之載具、具有此噴霧單元的載具，在此參考圖6-10，於此適用性可為用於噴管式噴霧器、UAV、無人地面載具(UGV)、機器人平台、和背包式噴霧器。

圖6顯示用於噴霧單元之新開發的盤之範例。經過有效地增加霧化過程的另一維度、亦即改變所述盤之附著特性，新的盤提供改進之液滴霧化，使得液體將在所述盤上的不同位置以不同方式與所述盤相互作用。這改變液體在所述盤上分離之方式(部分加載)及/或改變將液體呈現至霧化點的方式(接近盤之最大加載)。這是藉由使用例如同心環在具有低滑移之高附著力和具有高滑移的低附著力之間交替的表面來達成。這於下面詳細地說明，但簡單地說，所述盤之中心區段含有高附著力區域，以將噴霧液體的動量之轉移最大化。在混合並平均負載的某種意義上，此區域亦將使所述盤之加載中的任何變動性變得平滑。所述盤之外區段含有一系列於高附著力和低附著力之間交替的同心環。如圖6中所描述，假設至所述盤之加載相當低，則隨著噴霧液體的繫帶分解成液滴，所述液滴將取決於其尺寸而開始分離，結果是較大之液滴將移動更快，並將與所產生的任何較小液滴凝聚。將產生更均勻之液滴幅度，使液滴具有更均勻的尺寸，且具有較小之尺寸分佈。然而，如圖7中所示，在其最外環具有高附著力的盤之接近最佳加載的案例中，呈現至所述盤邊緣之液體將以波的形式到達。因此，可獲得至盤邊緣之較高的加載，從而導致具有較小變動之較大點滴為液滴尺寸。

所述盤表面的附著性質可於二維度中改變，或可建立結構以增加所 述盤之表面積。如今，這典型使用所述盤中的溝槽或藉由將所述盤變成圓錐形來完成。然而，可代替或增加所述環而在整個表面上構造梳狀結構。在當今3D打印時代，打印不同塑料及/或表面結構之盤是簡單的事情。在二維度(2D)中，有可利用之二狀態，即光滑和微紋理化的表面，於此存在之表面粗糙度為微米或奈米級(典型為0.1mm至10nm)。於兩案例中，可藉由改變表面化學性質而在疏水性和親水性之間變動表面。對於光滑的表面，能用這種方式改變噴霧液體(為薄膜、繫帶或點滴之任一者)的表面附著力。對於水性液體，親水性表面將具有較高之附著力，並具有較低的滑移，而疏水性表面將具有較低之附著力，並具有較高的滑移(且對於油則相反)。然而，對於光滑之表面，可達到的附著力範圍並不高(如藉由狹窄之接觸角範圍所看見)。對於微紋理化表面，此附著力(和接觸角)的範圍係顯著地擴展，結果是可能更好地控制霧化過程(藉由Bico等人在紋理化表面、膠質物和表面A 206(2002)41-16的潤濕之論文中提出更多細節)。

如於此所敘述，微紋理化表面的好處之範例係如在此所述盤上的同心環中。具有光滑之表面，來自高和低附著力的同心環之影響較小，導致對霧化過程的影響較弱。具有微紋理化之表面，來自同心環的影響對於高附著力和低附著力之區域的影響更大，導致增強霧化過程之影響。

圖8顯示來自示範現有盤的噴霧液滴分佈之範例。在此，如上所討論，由於具有均勻表面的盤，經過繫帶之分離形成液滴。這樣做的缺點是，形成之附屬物液滴的尺寸小於主要液滴之尺寸。這些較小的液滴更容易因空氣移動而產生不希望之漂移。

圖9顯示用於噴霧單元的新開發之盤的範例。在此，經過使用於低滑移之高附著力和高滑移的低附著力之間交替的表面之同心環來減輕附屬物液滴的形成。盤之中心部分具有高附著力的區域，以使向待噴霧液體之動量的轉移最大化。所述盤之外區段具有一系列於低附著力和高附著力之間交替的同心環。隨著噴霧液體之繫帶分解成液滴，由於不同尺寸的液滴在環之間的滑移中 之差異，較大的液滴以不同之速率行進至較小的液滴。結果是，較大之液滴會趕上較小的液滴並凝聚在一起，導致更均勻之液滴尺寸，而具有較少的尺寸分佈，並使噴霧液滴環繞所設定之大尺寸中心定位，因此不會遭受漂移。

如上所討論，可藉由使用親水性和疏水性區域來變動表面附著性。另一選擇或附加地，可藉由使用微米級或奈米級結構來變動表面附著性。

圖10顯示當新開發的盤旋轉並施用液體時液滴在所述盤上移動之範例。如所示，具有較高的附著性，較小之液滴與較大的液滴相比取得較低之相對速度，導致較大的液滴捕獲較小之液滴。再者，由於向心力，當液體從盤的中心往外移動時，液體之速度會發生變化。這造成液體的分離，這是徑向距離、徑向速度、及膜厚度對表面張力之函數，且藉由具有與內部高附著性區域相鄰的低附著性同心環，有助於控制液滴之分離。而且，藉由在盤的外邊緣處具有外同心環，可為盤之最佳加載做好準備，以便經由鋸齒狀邊緣霧化。

必須注意的是，參考不同之主題敘述本發明的實施例。尤其是，參考方法類型申請專利範圍敘述一些實施例，反之參考裝置類型申請專利範圍敘述其他實施例。然而，除非另行通知，熟諳本技術領域的人員將從以上和以下敘述中得出除了屬於一種類型之主題的特徵之任何組合以外，與不同主題有關的特徵之間的任何組合亦被認為隨著本申請案而揭示。然而，可組合所有特徵以提供協同效果，而不僅是這些特徵之簡單累加。

儘管已在附圖和前面的敘述中詳細地說明和敘述本發明，但是此說明和敘述應被認為是說明性或示範性而非限制性的。本發明不限於所揭示之實施例。藉由研究附圖、揭示內容、和申請專利範圍附屬項，那些熟諳本技術領域的人員在實踐所主張之發明時可理解和施行所揭示實施例的其他變型。

於申請專利範圍中，“包含”一詞不排除其他元件或步驟，且不定冠詞“一(a)”或“一(an)”不排除複數個。單個處理器或其他單元可實踐申請專利範圍中所引用之若干項的功能。事實是在互不相同之申請專利範圍附屬項中所引用的某些措施不表示不能利用這些措施之組合來獲利。申請專利範圍中的任何參 考標記都不應被解釋為限制其範圍。

10:盤

20:表面

30:同心環

40:第一同心環

50:第二同心環

60:中心盤區域

70:外邊緣

80:鋸齒

Claims (14)

1. 一種用於自旋液體盤霧化器的盤(10)：

   其中，該盤之表面(20)包含複數個以該盤的中心為中心而具有不同半徑之同心環(30)；及

   其中，相鄰同心環對的第一同心環(40)具有建構為對該液體呈現第一附著力之表面，且該相鄰同心環對的第二同心環(50)具有建構為對該液體呈現第二附著力之表面，且其中該第一附著力係小於該第二附著力。
2. 如請求項1的盤，其中該盤之表面包含中心盤區域(60)，其中該中心盤區域的最大半徑係小於該複數個同心環之最小半徑。
3. 如請求項2的盤，其中該中心盤區域具有建構為對該液體呈現該第二附著力之表面。
4. 如請求項2-3之任一項的盤，其中該第一同心環係與該中心盤區域相鄰。
5. 如請求項1-4之任一項的盤，其中該複數個同心環包含三或更多個同心環，且其中對於在往外方向中前進之相鄰的同心環，該附著力於該第一附著力和該第二附著力之間交替。
6. 如請求項1-5之任一項的盤，其中與該盤之外邊緣相鄰的同心環具有建構為對該液體呈現該第二附著力之表面。
7. 如請求項1-6之任一項的盤，其中該第一附著力係藉由疏水性表面所提供。
8. 如請求項1-7之任一項的盤，其中該第二附著力係藉由親水性表面所提供。
9. 如請求項1-8之任一項的盤，其中該第一附著力係藉由有意紋理化之表面所提供。
10. 如請求項1-9之任一項的盤，其中該第二附著力係藉由有意紋理化之表面所提供。
11. 如請求項1-10之任一項的盤，其中該盤之外邊緣(70)包含鋸齒(80)。
12. 一種噴霧單元(100)，包含：

    軸件(110)；

    如請求項1-11之任一項的盤(10)；和

    液體施用器(120)；

    其中，該盤建構為繞著以該盤之中心為中心的軸件自旋；及

    其中，該液體施用器建構為將液體施用至該盤之表面。
13. 一種噴霧載具(200)，包含至少一個如請求項1-11之任一項的盤(10)。
14. 一種噴霧載具(300)，包含至少一個如請求項12的噴霧單元(100)。

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