CN109689976B - 撇除和分离装置-中心旋转流动 - Google Patents

Abstract

一种撇除和分离装置，包括：外部壳体（1），所述外部壳体设置有直接或间接地紧固所有部分从而限定隔室（2）的构造，被构造成产生所述装置的撇除功能的漂浮物（5），所述漂浮物在其下侧处被附接到基本竖直设置的波纹管（4），从而允许所述漂浮物将流调节到基本圆周的体积中并允许所述漂浮物从基本没有进入所述隔室（2）内的流的上部位置移动到下部位置，从而允许水和碎片的流在向下方向上沿着所述漂浮物（3）的轮廓到达所述装置中。动力装置（8）设置有并包括推进器（7），以实现所述装置的入流和出流。所述装置进一步包括：中心管（c），所述中心管（c）沿着所述隔室的竖直中心轴线设置并且被构造成接收所述水和碎片的流；以及至少一个中心旋转构件，所述至少一个中心旋转构件被构造成产生所述水和碎片在所述中心管（c）内的向下引导和中心旋转的流。

Description

撇除和分离装置-中心旋转流动

技术领域

本公开涉及根据独立权利要求的前序部分所述的撇除和分离装置。

背景技术

本文公开了一种用于收集漂浮在表面上的材料的撇除和分离装置，其可以应用于收集不同种类的污染物，例如漂浮在水上的固体、杂草、泡沫、海藻和油。该装置所应用的技术基本上基于重力分离方法，这意味着具有比水更低密度的污染物将漂浮到水面的顶部上。漂浮速度不仅取决于密度力的差别，而且很大程度上还取决于污染物的结构、形状和面积等。

存在撇除和分离装置的许多示例，其被描述为适于收集溢出到水表面上的油，包括与固体材料混合的油。

漂浮不仅取决于密度力的差别，而且很大程度上还取决于污染物的结构、形状和面积等。

存在撇除和分离装置的许多示例，其被描述为适于收集溢出到水面上的油，包括与碎片混合的油。

在WO-97/07292和WO-99/22078中公开了现有技术系统的各种示例。此外，US-6743358、US-7807059和WO-2014/168577公开了与待在本申请中公开的撇除和分离装置有关的系统和装置（例如见图1）。

这些已知系统和设备包括收集器皿，该收集器皿设置有侧壁，其包括上壁部分、具有一些浮力的漂浮物。漂浮物在其下侧处被附接到基本竖直设置的波纹管，从而允许漂浮物从上部位置移动到下部位置，在上部位置处没有流会进入设备，在下部位置处形成撇除堰，从而允许水和碎片的流沿着漂浮物的轮廓并撞击开口圆形水隔室，即撇除隔室，其具有由推进器的速度、漂浮物的浮力和相对于撇除隔室内的水平面作用在波纹管上的力梯度确定的水平面。

在US-6743358中公开的一种已知装置中，圆形撇除水隔室在其上端处开放地接触大气压力并且在其下端处由保持收集器皿的入口与撇除隔室分离的壁界定。

在WO-2014/168577中公开了一种撇除和分离装置，其设置有成角度喷嘴（见图2），所述喷嘴被设置成实现从撇除隔室到闭合的分离和收集隔室的流动。成角度喷嘴使得包括污染物的流体获得在分离和排放隔室中的缓慢的水平旋转运动。流体在分离和排放隔室内的缓慢旋转产生了一个很大的水平区域，该区域内没有能够危及由在分离隔室的底部处的排放装置（推进器）提供的在隔室内的均质竖直速度的流注（streamer）。因此在分离隔室的底部中的流体排放将产生竖直取向的速度。这个速度可以被调节成低于产生重力分离力的速度以便使得污染物朝向分离和收集隔室的排放体积和区域移动。

分离和收集隔室由顶壁向上界定，该顶壁具有阀和排放开口，油和其它污染物可以借助于进入分离和收集隔室的水和/或污染物的等价交换被排放通过该阀和排放开口。

水能够通过通向撇除隔室的收集器皿被馈送到闭合的分离和收集隔室中并且通过收集器皿底壁（在此设置马达和推进器）中的开口返回到海中。

通过使推进器反转并将水馈送到分离和收集隔室内，收集的碎片在提到的专利和专利申请中从装置的收集隔室被排放。这导致通过收集器皿的回流，从而导致撇除堰的漂浮物被按压抵靠覆盖板，从而导致撇除和收集隔室中的闭合和压力增加。这将进一步导致分离和收集隔室中的压力增加，从而导致在收集隔室中的被收集油将被加压并且通过阀和排放开口被排放到适当接收物中（见图1）。在许多方面，在WO-2014/168577中描述的产生的水和污染物的旋转是有利的。但是，在一些情况下，各种固体物体例如被油和泡沫携带，并且可能在等待排放阶段时开始堵塞在排放体积中。

基本上，通过装置的撇除和分离流动模式能够被描述为向下流到分离和收集隔室中的下述两种主要基本流动模式。

第一基本流动模式在图1中被已知实施例公开为中心竖直流动（cvF）技术平台。根据这种流动模式，来自集中隔室的被集中污染物的流沿中心竖直路径向下提供到分离和收集隔室，在此使用挡板设置来减少能够干扰分离阶段的流动流注。

第二基本流动模式在图2中被公开为外周竖直流动（pvF）技术平台。根据这种流动模式，来自集中隔室的被集中污染物的流在隔室的外周位置向下提供到分离和收集隔室。这可以例如通过多个竖直外周管件来实现，并且其中这些管件设置有成角度的流出开口以便产生在水平平面内的缓慢的水平旋转运动从而减少能够干扰分离阶段的流动流注。

这两种基本流动模式（cvF）和（pvF）的共同点在于，通过使得通过分离器和存储隔室的流动反转（通过反转推进器的旋转方向），产生过压并且产生流动，以致迫使收集的污染物从隔室流出到适当的外部存储容器中。

具有中心竖直流动（cvF）模式的装置具有内部存储隔室并且在排空阶段期间借助于施加的过压，在存储隔室的顶部上的阀打开，从而允许存储的污染物流到撇除集中隔室内以便被进一步加压通过由液压闭合的撇除件形成的流出道和在撇除和分离器装置的顶盖内的流出道。为了增加在分离和收集隔室内的被收集污染物上的压力，阀功能在排空阶段期间关断通过中心运输管的返回流动（见图1）。

具有外周竖直流动（pvF）模式的装置在其持续撇除和分离期间均用作至撇除和分离设备的流出道的直接连通，在收集阶段期间该流出道通过阀（vf3）关闭至大气压力的连通（见图2）。在具有通过推进器的逆流的排空阶段期间，分离器的整个隔室将由于撇除件的液压闭合而被加压，这意味着流出阀将打开以用于将被收集的污染物运输到适当的存储箱。

在所有提到的装置中，允许例如瓶盖、塑料片、树皮和木头片、树叶或其它植物碎片的固体污染物以及液体污染物进入主要分离和收集隔室中。具有不规则形状和较大面积等的污染物将在其朝向表面区域漂浮时会遇到很强的阻力，以致它们需要很长的时间才能进入排放区，这意味着在分离和收集隔室中的竖直操作速度必须非常低，从而导致装置的整体较低的能力。此外，这些种类的污染物不会在过滤器上凝聚，而是它们会堵塞过滤器。此外，在它们存储在收集隔室内期间它们具有聚集成织物状团块的倾向。

在其它情况下，漂浮碎片能够携带较重碎片，例如砂子，在撇除和/或分离阶段期间该较重碎片会散开并因此会沉淀到水平设置的挡板上和分离器的底部上，这能够导致不均匀的流动扰动和分离器故障。

此外，在一些情况下，例如在WO-2014/168577的系统中应用的间歇排放阶段会影响污染物从分离器到适当的收集箱的运输。此外，间歇排放阶段是耗时的并且会减小撇除和分离装置的总容量。

因此，本发明的总体目标是实现消除或至少减轻上述缺点的改进的撇除和分离装置。本发明具体地涉及实现一种早期已知的中心竖直流动平台的改进的撇除和分离装置，通过将其转变成新的中心旋转竖直和水平流动平台（crvhF）并且进一步转变成新的离心收集流动模式（ccF）。

发明内容

至少上述目的通过根据独立权利要求的本发明而得到实现。用从属权利要求来阐述优选实施例。

根据本发明的撇除和分离装置涉及提供一种与早期已知的中心竖直流动平台（cvF）有关的新的构造，通过将其转变成新的中心旋转的竖直和水平流动平台（crvhF）并且进一步转变成新的离心收集流动模式（ccF），以便产生新的实施例，其逐步地以正确次序在不干扰彼此功能的情况下优化有效重力和离心净化漂浮在水平面上的液体和/或固体并将其运输到例如存储箱或存储袋的条件。

通过应用撇除和分离装置，可以实现大量净化步骤和不同种类的设置以便优化污染物的分离和排空过程，该污染物要被分离、被本地得到并被存储在外部存储箱或例如漂浮存储袋内。

这是由本文公开的实施例完成的一个简短的非详尽的净化步骤列表：

1. 在粗分离步骤中移除粗糙固体漂浮污染物；

2. 产生旋转力以便促进分离器内部的污染物的运输和聚合；

3. 防止较大漂浮碎片进入主要分离隔室内；

4. 在其所有区域上产生缓慢水平旋转流动，这能够被用于在分离阶段期间产生均匀竖直流动，例如通过推进器的旋转速度来控制；

5. 移除具有不规则形状和大的薄区域的固体污染物，例如树叶、薄塑料片等等；

6. 形成用于未堵塞凝聚式过滤器的最佳功能；

7. 以使得例如活性炭过滤器可以被用于进一步改善水品质的程度来优化重力和离心分离；

8. 产生排空和运输过程，这可以是在分离器和其外部存储箱/漂浮袋之间关于其周围的水的闭合或打开回路的一部分。

根据本发明的一个方面，限定一种撇除和分离装置，其应用新的中心旋转的竖直和水平流动平台（crvhF），该平台被限定成包括至少一个外周流动偏转构件，所述至少一个外周流动偏转构件被设置在漂浮物的内周的基本下方且/或设置成进入或离开竖直管或者设置到入口阀设置上，且被构造成实现在分离器的主要分离隔室内的水和碎片的至少水平旋转流动和力。

根据另一实施例，提供一种阀单元（vu），其具有偏转翼，该偏转翼被构造成将中心管内的竖直或旋转流动转变成主要分离隔室内的缓慢水平旋转流动，且进一步被构造成在装置的排空阶段期间防止通过中心管的回流。

改进的撇除和分离装置使用耗时较少，具有较大容量，并且能够更好地处理具有不规则形状和大面积的特别是固体的污染物，诸如例如瓶盖、塑料件、树皮和木头片、树叶或其它植物碎片。此外，该改进的装置适于收集液体污染物、漂浮固体碎片、各种组合的混合物中的蛋白质。

附图说明

图1a-1c示出了根据中心竖直流动技术平台（cvF）工作的已知撇除和分离装置的横截面视图。

图2a-2c示出了根据外周竖直流动技术平台（pvF）工作的已知撇除和分离装置的各种视图。

图3a和图3b示出了根据外周竖直流动技术平台（pvF）工作的已知撇除和分离装置的横截面视图。

图4a-4d示出了根据新的中心旋转竖直和水平流动平台（crvhF）和新的离心收集流动（ccf）平台工作的根据本发明的撇除和分离装置的实施例的各种视图。

图5a-5c示出了根据新的中心旋转竖直和水平流动（crvhF）平台和新的离心收集流动（ccf）平台工作的根据本发明的撇除和分离装置的另外的实施例的各种视图。

图6a-6f示出了根据新的中心旋转竖直和水平流动（crvhF）平台但没必要根据（ccF）平台工作的根据本发明的撇除和分离装置的仍另外的实施例的各种视图。

图7a-7d示出在图6a-6f中所示的撇除和分离装置的中间部分的各种视图。

具体实施方式

现在将参考附图详细地描述撇除和分离装置。贯穿附图，相同或相似的项目具有相同的附图标记。此外，项目和附图不必要成比例绘制，而是将重点放在描述本发明的原理上。

为了关于已知现有技术装置全面理解本发明，这些将参考图1-3被描述。

因此，图1a和图1b示出了已知撇除和分离装置，其处于收集阶段并根据基本中心竖直流动模式（cvF）工作。装置包括外部组装壳体1，其设置有包括漂浮物（未示出）的部分被直接或间接附接的构造。外部壳体1限定用于分离和聚积碎片的隔室2的外壁。

漂浮物5设置为被构造成产生装置的撇除堰。漂浮物在其下侧处被附接到具有朝向壳体1的平坦部分的基本竖直设置的波纹管4，从而允许漂浮物从中性位置（未示出）移动到图1a和图1b中所示的下部位置，在该中性位置中基本没有流将进入装置内。在这个位置，水和碎片的流动（wd）将沿着漂浮物5的轮廓并向下流到撇除隔室（sC）内的水平面9。水平面9由推进器8的速度、漂浮物5的浮力且通过相对于撇除隔室（sC）内的水平面9和外部水平面（wd）作用在波纹管4上的力梯度来确定。

污染物层在收集阶段（见图1a和图1b）期间将通过滑动经过撇除边缘获得能量并产生径向力，该径向力将压缩并增加在撇除隔室（sC）内的表面层9的顶部上的污染物层的厚度。通过撇除隔室（sC）内的水平面9的水流产生湍流，这会形成例如油和/或泡沫的液滴，在具有适当流动速率的情况下它们将在通过阀功能（vf2）之后被运输通过中心管（c）到达分离和收集隔室2内，在收集阶段期间该分离和收集隔室2通过由波纹管4的平坦区域产生的阀功能（vf1）被闭合以隔离于大气压力。

在通过防止在喷射阶段（在图1c中被示出）期间的回流的阀功能（vf2）之后，水和污染物的流将通过竖直中心管（c）进入隔室2。借助于被设置成减少流线的多个挡板2a、2b、2c，流之后将呈现水平扩展的流动模式，这会快速减小水平流动速率，从而允许污染物发散到闭合隔室2的顶部。被净化水的流将经过大挡板2a的外周边缘（见图1b中的箭头）并且进一步借助于由马达7驱动的推进器8离开隔室2。

图1c示出了处于排空阶段的装置。推进器8现在沿另一方向旋转从而用水填充隔室2并且因此将压力增加成高于大气压力。阀vf2将闭合并且阀vf1将打开。漂浮物5的浮力和相对于水平面（wd）和撇除隔室（sC）内的水平面9作用在波纹管4上的力梯度现在将产生将漂浮物推向盖26的力，并且产生第三阀功能（vf3）从而引导被收集的污染物通过撇除隔室（sC）到达输出管6内以便进一步运输到存储隔室（未示出）。

图2a和图2b示出了已知撇除和分离装置，其处于收集阶段并根据基本外周竖直流动模式（pvF）工作。大体而言，撇除和分离装置由外部壳体1构成，这使得它可以直接或者间接地紧固所有其它部分。

在图2a中示出了外部壳体1，其是用于分离和收集碎片的闭合隔室2的外壁。壳体1设置有进入闭合隔室2内的数个管15，该闭合隔室2被划分成至少两部分，即上部壳体部分1a和下部壳体部分1b。具有波纹管4但没有图1中所描述的平坦部分的漂浮物5经由圆形壁（cw2）被附接到上部壳体部分1a。这些结构包围隔室2的上部闭合体积并且限定围绕成为上部壳体部分1a的一部分的圆形壁（cw1）的环面形撇除隔室（sC），其中该上部闭合体积是内部存储体积在装置的管15的成角度终端上方的部分（见图2c）。

隔室2的流出道21设置有阀（vf3），该阀（vf3）在图2a中所示的装置的收集阶段期间阻止污染物和空气回流进入隔室2中并且在图2c中所示的排放阶段期间打开。

漂浮物在其下侧处被附接到基本竖直设置的波纹管4，从而允许漂浮物从中性位置（未示出）移动到图2a中所示的下部位置，在该中性位置中基本没有流将进入装置内。在这个位置，带有水和碎片的水平面（wd）将沿着漂浮物5的轮廓并向下流到撇除隔室（sC）内的水平面9。水平面9由推进器8的速度、漂浮物5的浮力且通过相对于水平面（wl）和撇除隔室（sC）内的水平面9作用在波纹管4上的力梯度来确定。

污染物层在收集阶段（见图2a）期间将通过滑动经过撇除边缘获得能量并产生径向力，该径向力将压缩并增加在撇除隔室（sC）的表面层9的顶部上的污染物层的厚度。通过撇除隔室（sC）内的水平面9的水流将产生湍流，如关于中心竖直流动模式（cvF，图1）所描述的，该湍流会形成例如油和/或泡沫的液滴，在具有适当流动速率的情况下该液滴将在通过管15的成角度终端之后产生在隔室2内的缓慢的流体旋转。

撇除隔室（sC）的区域根据通过分离器装置确定的流动确定并且也取决于管15的直径以致管15不被堵塞。

图2b公开了从上方观察的通过图2a中所示的分离装置的下部部分的横截面视图，其中运输管15包括成角度的下部管部分、偏转单元16，该偏转单元16被构造成在隔室2内在基本水平向外方向上引导管的液体流动以致液体流动方向相对于壳体1的外部竖直壁处于倾斜方向。所有偏转单元16（例如五个）被设置成相对于壁基本处于相同角度（v），例如在相对于分离器壁处于20-60度范围内的方向上，从而来自所有管的液体流动将共同产生在分离隔室2内的如箭头16a所示的水和污染物的旋转移动。

成角度管将在闭合隔室2内产生水和污染物的缓慢旋转，这有效地降低了流注风险并且进一步导致隔室2的整个区域能够被用于通过推进器8产生朝向出口的均匀竖直流动，其小于污染物朝向闭合隔室2的重力运动。

由推进器8的旋转速度来设定竖直流动。如果污染物的密度接近于水的密度且/或污染物是不规则形状的固体，则竖直速度将被设定成非常低。这将很大程度上减小装置的分离能力。

成角度管在隔室2的直径和高度两者上均需要一些额外空间以便在隔室2的整个分离区域上产生平稳的竖直移动。

图2c公开了根据基本外周竖直流动模式（pvF）的撇除和分离装置的排放阶段。推进器8的反转旋转增加隔室2内的压力，从而导致漂浮物5将被推向盖26并且截断外周管15上的回流，这进一步导致阀功能（vf3）打开并且积聚的碎片的流动能够被推动通过出口6进入到适当存储箱（未示出）内。

此外，在图3a和图3b中示出了两种已知变型，以便通过向通过出口6的被收集污染物体积增加额外产生的吸力（sf）来根据外周竖直流动模式（pvF）在撇除和分离装置中连续移除被收集碎片。此外，外部产生的吸力除了将碎片运输到适当的真空箱之外还对隔室2内的压力有影响且因此也对装置的撇除和分离功能有影响。图3a和图3b的附图标记指代与图2a-2c中相同或相似的项目。

通过应用本发明的构思，提出了适应性的分离步骤，以便在有或没有过滤的情况下优化污染物的有效的重力净化和聚积的条件。从而实现了一种例如液体、泡沫、海藻和/或固体的被收集污染物至存储箱或例如浮动存储袋（SB）的有效的适当运输，该运输适于成为至环境的开放或闭合回路的一部分。

这已经通过如下被实现：

1. 修改撇除和分离装置，其将已知中心竖直流动模式（cvF）应用成中心旋转竖直和水平流动（crvhF）平台，这通过本发明的不同实施例来实施；

2. 修改撇除和分离装置，其将已知中心竖直流动模式（cvF）转换成中心旋转竖直和水平流动（crvhF）平台和离心收集流动（ccF）平台，这通过本发明的不同实施例来实施。

在下文中将详细讨论本发明的各种不同实施例。这些实施例公开了撇除和分离装置的各种方面，其中进入和离开分离装置的流动使得污染物经受反转液体流和/或作用在分离器流出道处的抽吸力中任一者的压力梯度。

将参考示出各种实施例的图4-7详细地公开根据本发明的被构造成实施中心旋转竖直和水平平台（crvhF）以及离心收集流动平台（ccF）的撇除和分离装置。

然而，首先，将大体描述根据本发明和一些实施例的撇除和分离装置，之后将是在附图中示出的实施例的详细描述。

因此，提供一种撇除和分离装置，其包括外部壳体1，该壳体1设置有直接或间接地紧固所有部分从而限定开口隔室2的构造。漂浮物5被设置构造为形成装置的撇除功能，并且漂浮物在其下侧处被附接到基本竖直设置的波纹管4，从而允许漂浮物将流动调节到基本圆周体积中并允许漂浮物从基本没有进入隔室2内的流的上部位置移动到下部位置，从而允许水和碎片的流在向下方向上沿着漂浮物3 的轮廓进入到装置中。具有推进器7的动力装置8被设置在装置的下部部分处，其中动力装置被构造成被控制单元控制，以致可以产生各种流动和压力以控制装置的入流和出流。

装置进一步包括中心管（c），其沿着隔室的竖直中心轴线设置并且被构造成接收水和碎片的流动。提供至少一个中心旋转构件，其被构造成产生在中心管（c）内的水和碎片的向下引导且中心旋转的流动，例如见图4a、图4c、图4d、图5b、图5c、图6c、图6d和图7b-7d。

优选地，所述至少一个中心旋转构件包括被设置在所述漂浮物下方且沿其内周的偏转构件，例如扭转翼（tw）。在另一实施例中，所述至少一个中心旋转构件包括被设置在所述竖直中心管（c）内的偏转构件，例如倾斜翼（cw）。

有利地，中心管（c）在下端处设置有阀单元（vu），该阀单元被构造成执行其阀功能以便在装置的喷射阶段期间闭合中心管（c），其中阀单元（vu）可以设置有偏转构件，例如翼（dw），在装置的收集阶段期间当水和碎片正进入隔室2中时具有水平旋转流动和力，从而实现离心收集流动平台（ccF）。阀单元（vu）例如被示于图4a、图4c、图4d、图5b、图5c、图6c、图6d和图7b-7d中。如果中心竖直中心管（c）设置有倾斜翼（cw），则没有翼的阀单元（vu）仍然可以实现离心收集流动平台（ccF）。

在仍另一实施例中，装置包括被设置在隔室2的下部部分中的水平平面内的基本平面且盘形的凝聚式过滤器（CF），例如见图4a-4d、图5b和图5c。

在另一实施例中，装置包括基本平面且盘形的凝聚式过滤器（CF）（图4b），其被设置在隔室2的下部部分中在水平平面内（例如见图4a、图4b和图5a-5c），进一步例如在图6a、图6b中，给该过滤器提供薄网（未示出）以避免例如树叶和薄塑料片在（ccF）收集过程期间卡在凝聚式过滤器处。

大体已经示出，在例如使用薄网（未示出）覆盖图4b中的凝聚式过滤器（CF）的顶部上的片层（lamella）或作为图5b、图5c中的凝聚式过滤器（Cf）的一部分的情况下，网将防止例如塑料片或树叶的薄污染物堆积或通过凝聚式过滤器。在凝聚式设置上方的水平旋转流体不仅产生通过凝聚式设置的流动的均匀竖直分布，而且还产生水平离心力，这会产生具有龙卷风状收集效果的离心收集流动模式（ccF）。污染物仅继续旋转直到它们行进到隔室2的收集体积或者如果它们具有比水更低的密度则仅保持旋转，直到收集和分离隔室已准备好排空阶段。这防止了树叶、塑料片和其它薄但大面积的污染物不会减小通过凝聚式过滤器的水和如油的液体污染物的流动。排空阶段的开始能够由通过网和/或凝聚式过滤器的阻力来控制，在一些实施例中如果仅正在收集如树叶、塑料片的固体碎片则所述凝聚式过滤器仅能够用作对网的支撑。已经进一步示出当生成的水平旋转力作用于更靠近适当的低阻力的凝聚式过滤器或薄网时，这些力会更有效地防止网和凝聚式设置的堵塞，如上所提及的。不过，油滴在片层上凝聚，大小增加，并且最终作为较大的油滴到达隔室2的收集体积。

在一种实施例中，装置包括上部部分（UP）、中间分离和收集部分（MP）和下部驱动单元部分（DP），（见图6和图7）。这些部分被构造成以使得装置具有基本圆形圆柱形状的方式组装，其中上部部分（UP）被构造成提供波纹管4和漂浮物5的固定。中间部分（MP）具有带圆形横截面的圆柱形状，并且包括竖直中心管（c）和外部封装件从而限定分离和收集隔室（d2），并且竖直取向的过滤器单元（vF）被设置在所述隔室（d2）内。过滤器单元（vF）具有整体中空圆形圆柱形状，其中中心竖直管（c）被设置在过滤器单元内并且沿着过滤器单元的纵向轴线设置。优选地，过滤器单元包括褶皱式过滤器。

撇除和分离装置优选地包括控制单元，其被构造成接收来自动力装置8的指示动力装置的功率消耗的测量信号，并且如果功率消耗高于预定阈值，则根据预设控制规则，推进器的旋转速度被改变且/或旋转方向被改变。控制规则包括如下规则，即包括连续并重复地增加且之后减小旋转速度和改变旋转方向的控制指令。

现在将参考附图进一步讨论各种实施例。

图4a示出了根据本发明的撇除和分离装置的横截面视图，其示出了处于收集阶段的实施例。在这个阶段期间，推进器8的旋转降低隔室2内的压力，这会闭合阀单元（vf1）并且打开阀单元（vu）。

具有污染物的水层（wd）在收集阶段（如图1a中所描述的）期间通过滑动经过撇除堰来获得能量并产生径向力，该径向力将压缩并增加在撇除隔室（sC）的表面层9的顶部上的污染物层的厚度。这将进一步通过偏转翼（tw）产生的水平旋转流动和力被增强。

根据这种实施例，撇除隔室（sC）设置有螺旋形过滤器（sf），其具有两个目的。首先，其包括第一粗过滤器从而防止较大固体污染物进入分离和收集隔室2中，并且第二，其将支持通过中心旋转构件产生的在撇除隔室（sC）内的液体的旋转运动，在本文中该中心旋转构件被实施为被附接到漂浮物5的倾斜翼（tw）和/或被设置在竖直中心管（c）内的倾斜翼（cw）。

在撇除隔室（sC）内的且进一步在竖直中心管（c）内的旋转产生漩涡形成物，这会有助于将在撇除和集中隔室（sC）内的水平面9的表面上聚集的污染物运输到分离隔室2。允许漩涡形成物通过在螺旋飞边过滤器（spiral ruff filter）（sf）内的中心孔。这将有助于将聚集的污染物从撇除和集中隔室（sC）内的表面区域9运输到主要分离隔室2，而不会将这些聚集物撕碎，这会增加主要分离隔室2内的重力和离心分离的速度。中心管（c）在下端处设置有阀单元（vu）。阀单元（vu）被构造成执行其阀功能以便在喷射阶段期间闭合中心管（c）。阀单元（vu）也能够设置有翼（dw），其将迫使经过的水和污染物进入到分离和收集隔室2内以便继续缓慢的旋转运动，这将以非常有效的方式防止流线（streamline）。缓慢水平螺旋旋转运动导致隔室2的整个区域能够被用于产生通过推进器8朝向出口的均匀竖直流动。螺旋旋转运动和低的竖直流动速率（这由推进器的旋转速度设定）也非常适合于通过凝聚式过滤器（CF）并且最后可选地设置有活性炭过滤器。凝聚式过滤器是基本平面且盘形的并且被设置在隔室2的下部部分内的水平平面内。

图4b是示出由凝聚式过滤器（CF）实施的无堵塞引导单元的示例的顶部视图。凝聚是使得两个或更多个液滴、气泡或颗粒在接触期间相融以形成单个后代液滴、气泡或颗粒的过程。过滤器包括被附接到钩32的薄片层31，该钩32位于辐条33上，该辐条33进而被固定到中心毂34。片层31既确保能够实现凝聚并且还确保确定尺寸的非漂浮固体碎片能够通过过滤器。它们能够在与中心旋转流动的旋转方向相反的方向上缠绕。目的是产生湍流，从而有助于剩余的小的油液滴在片层上凝聚、增大尺寸并最终成为较大油滴到达隔室2的收集体积。

在树叶、塑料条或面积较大但体积上较薄的其它污染物的应用中，额外的薄网能够如图5b、图5c中所示被放置在凝聚式过滤器（CF）的顶部上或者是凝聚式过滤器（Cf）的一部分以便在收集阶段期间在发生如上所述的离心收集流动模式（ccF）（龙卷风效果）时避免这些种类的污染物不会堆积到凝聚式过滤器。

图4c是示出在喷射阶段期间装置的实施例的撇除和分离装置的横截面视图。推进器8的反向旋转增加隔室2内的压力，这会闭合阀单元（vu）并且打开阀功能（vf1）。聚集的污染物之后被迫使进入到撇除隔室（sC）内，从而导致漂浮物5将被推向盖26并且从而提供用于将污染物加压地运输到适当存储箱（未示出）的密封流出道。

最后，根据所示装置，提供喷嘴（sn），在高流量时该喷嘴可以被用于清洁底部的例如沙子。喷嘴（sn）以及辐条33可以防止由于推进器8的旋转而产生漩涡形成物。

图4d是撇除和分离装置的透视图，其设置有被较大吸入喷嘴（snx）覆盖的较大马达8x和具有中心孔的较大阀单元（vux），该阀单元滑过吸入喷嘴以便执行与上文关于图4a-4c所述相同的功能。

图5a-5c示出了根据本发明的撇除和分离装置的实施例的各方面。

这种实施例特别适用于清洁具有少量漂浮固体碎片的被油污染的水表面区域。

图5a是设置有漂浮存储袋（SB）的撇除和分离装置的透视图。其也设置有操纵风扇（mf），该操纵风扇能够使得整个分离器围绕其中心竖直轴线转动。马达出口设置有挡板（未示出），其能够在特定方向上引导来自图4c的推进器（8）的出口流动并且迫使分离器在相反方向上移动。操纵风扇（mf）能够使得分离器以低能量消耗转动，并且从而使得分离器沿着由控制单元（未示出）处理的例如GPS-信号来清洁决定的区域。整个分离器也非常适于由太阳能面板供电。

图5b公开了处于收集阶段的实施例的横截面透视图，其中适应性逐步分离步骤基本与关于图4a-4d所述的相同。

如关于图4a-4d所述，水和污染物（wd）将在漂浮物5上被撇除到撇除隔室（sC）内。为了防止较大的漂浮固体（例如海草）将进入撇除隔室（sC），设置入口过滤器单元（fu）并且其被构造成被放置在漂浮物5上。

污染物层（在这种示例中是油）在收集阶段（如关于图1a和图4a所述的）期间将通过滑动经过撇除边缘获得能量并产生径向力，该径向力将压缩并增加在撇除隔室（sC）的表面层9的顶部上的油层的厚度。当漂浮物设置有偏转单元（tw）（如关于图4a所述）时，这将被进一步增强。

在这种实施例中可以避免在图4a中所述的撇除隔室（sC）内的螺旋过滤器（sf），因为现在通过入口过滤器单元（fu）来执行过滤。

在竖直中心管（c）内的设置有扭转翼（tw）的中心旋转构件将产生在撇除隔室内以及在竖直中心管（c）内的水和碎片的旋转运动。从而产生漩涡，这将有助于将在撇除隔室（sC）内的水平面9的顶部上聚集的污染物运输到隔室2内。

中心管（c）在其端部设置有阀单元（vu），在这种实施例中该阀单元（vu）处于打开位置且配备有偏转翼（dw）。阀单元能够被固定或者以缓慢旋转模式运转。阀单元也设置有翼，该翼可以在收集阶段期间在水和污染物从其通过时增强水平旋转流动和力以便实现如上所述的（ccF）平台。缓慢水平螺旋旋转运动导致隔室2的整个区域能够被用于产生通过推进器8朝向出口的均匀竖直流动。螺旋旋转运动和低的竖直流动速率（这由推进器的旋转速度设定）也非常适合于当应用如上文关于图4b所公开的无堵塞凝聚式过滤器（CF）时或者如在这种实施例中被替换成由聚合泡沫状材料制成的简单且一次性凝聚式过滤器（Cf）时。

参考图5a-5c，分离和收集隔室2在其上部部分处被连接到优选的椭圆形流出道（ot），其进而是薄的可成形椭圆软管（oh）的连接部位，该软管进一步被连接到漂浮存储袋（SB）。被使用的袋的类型例如取决于获得的污染物。在这种示例中，可以使用闭合防油袋，并且因此该闭合防油袋形成至环境的闭合存储回路。在这种或其它示例中，半防液体存储袋可以被使用，其将允许水从袋渗出，但是仍将污染物保持在内部，例如保持污染物附接到存储袋内部的适当吸收剂，并且因此形成至环境的开放回路。

在收集阶段期间在隔室2内将存在负压力。在收集阶段期间由外部水压和隔室2内的负压力形成的压力梯度将闭合软管，如同阀（oh）。

在图5c中公开了被收集污染物至收集存储袋（SB）的被动运输。一旦推进器被关停，则隔室内的负压力将停止并且污染物将由于浮力和旋转而进入软管中并进一步进入存储袋中。一旦收集阶段再次开始，则水将再次通过软管进入到隔室2内直到由于具有较低密度的被排放污染物开始再次进入隔室2内而产生负压力。压力梯度与存储袋构造内的浮力一起之后将闭合椭圆软管（oh）。在水平面和隔室（2）上的流出道（oh）之间的较大距离将增加闭合力。如所述的污染物至存储袋（SB）内的被动运输可以增大隔室2的收集体积。

在具有至漂浮袋内的被动填充的这种实施例中的过滤器单元（fu）的堵塞不能够容易地通过在隔室2内具有正过压的推进器的反向旋转来处理，因为这将使用水来填充存储袋（SB）。然而，这可以以下述方式被处理。

入口过滤器单元（fu）的堵塞将导致至总隔室2的较小入流。这将进而导致在外壳1内的较高负压力并且因而如之前所描述的导致在水平面9和外部水平面（wd）之间的距离将增加，这进而导致漂浮物5将相对于外部水平面（wd）处于更深位置。这将增加马达单元的功率消耗。功率消耗被测量，并且如果其高于预设水平，则控制单元（未示出）被构造成应用用于控制马达的旋转速度的定制控制程序。在这个特殊情况下，控制单元将产生控制信号以控制马达持续地且交替地增加和减少推进器8的旋转速度。这将在由漂浮物5和波纹管4的总封闭体积位移产生的浮力和浮筒（p）的浮力之间产生干扰上下运动（arr）。这些干扰力将通过这些上下运动来洗掉过滤器单元（fu）的顶部上的堵塞污染物。当探测到预定正常功率消耗时，变化的马达速度被替换成正常操作。

如之前描述的，参考图4和图5公开的实施例能够被修改成具有薄网以根据离心收集流动（ccF）平台处理例如树叶和薄塑料片。

图6a-6f示出了根据本发明的涉及中心旋转竖直和水平流动（crvhF）平台且当需要离心收集流动（ccF）平台时的撇除和分离装置的透视图且在一些附图中也示出其横截面视图。

这种实施例特别有用于分离水表面上的薄的油光泽（oil-sheen）。另一个有利用途是例如分离漂浮在例如水塔内的可移动水平面上的蛋白质层，以便避免在水上下运动期间这些层附着到壁上。

首先参考图6a，撇除和分离装置包括上部部分（UP）、中间一次性（可燃）分离和收集部分（MP）以及下部驱动单元部分（DP）。

上部部分（UP）被构造成提供波纹管4和漂浮物5的固定。其可以进一步是漂浮物构造（FC）的固定部分。漂浮物优选地进一步设置有上部第一飞边过滤器（fu）以便防止较大的固体颗粒进入装置的逐步清洁过程。

在图6b中，示出一次性中间部分（MP）已经被移除的装置。具有马达单元（m7）的驱动单元部分（DP）清楚可见，并且可以以其锥形形式被容易地装配到一次性中间部分（MP）中。上部部分（UP）和驱动单元部分（DP）例如通过销螺栓（pb）彼此固定并且被固定到中间部分（MP）以便实现完整的已组装清洁装置。

图6c是横截面视图，其公开的与中间部分（MP）接触的上部部分（UP）限定集中撇除隔室（sC），其具有与关于图4和图5所描述的内容对应的功能。

相对于漂浮物5提供并设置中心旋转构件。优选地旋转构件具有在水平平面中的且沿着漂浮物5的内周设置的圆形形状。旋转构件例如设置有倾斜翼（tw）以便在撇除和集中隔室（sC）内产生旋转运动。漂浮物5也可以配备有飞边过滤器（fu）以便当装置例如被用于海床上的油回收时防止较大固体污染物（如海草）进入隔室中。在这种情况下，图6d中所示的螺旋过滤器（sf）可以被省去。具有倾斜翼（cw）的中心竖直管（c）优选地是一次性中间部分（MP）的一部分，这将参考图7a-d被进一步描述。

图6d是横截面视图，其公开的与中间部分（MP）接触的上部部分（UP）限定集中撇除隔室（sC）。漂浮物5设置有中心旋转构件，在此被实施为倾斜翼（tw）以便产生进入撇除和集中隔室（sC）内的液体流动的旋转运动。提供螺旋飞边过滤器（sf），在这种实施例中其被设置在隔室（sC）内。螺旋飞边过滤器（sf）被构造成收集较大污染物以便例如在装置被用在水塔中来收集例如漂浮蛋白质层时防止它们进入中心竖直管（c）内。

图6e示出了被置于水平面上被用于油回收的装置。其配备有上部第一飞边过滤器（fu）以防止例如海草等的较大固体颗粒进入逐步分离隔室。

通过应用关于图5所讨论的控制程序，马达的旋转速度可以交替地增加和减小以便自动移除可能会堵塞过滤器（fu）的固体碎片。

图6f示出了没有飞边过滤器（fu）的装置的透视图。提供包括漂浮元件的漂浮物构造（FC）并且将其附接到分离和撇除装置。在一些应用中，例如当装置将被用在水塔中时，必须使得装置的最大直径适应成检修孔开口以便通达到水。之后漂浮构造设置有被连接到漂浮元件的可折叠支撑杆。从而漂浮元件可以被定位成使得装置的总直径最小化。

图7a-7d示出关于图6a-6f讨论的撇除和分离装置的一次性中间部分（MP）的各种视图。

图7a是一次性中间部分（MP）的透视图。在这种变型中，中间部分设置有螺旋飞边过滤器（sf）以便防止如水塔中的漂浮固体的较大固体颗粒进入到中心管（c）内。一次性中间部分（MP）设置有沿着中间部分的下部部分的周边设置的若干凹口（id），例如四个凹口。凹口被构造成产生过滤器单元的阀功能，这将在下文中被进一步讨论。

图7b是中间部分（MP）的横截面透视图。

中间部分（MP）具有为圆形横截面的圆柱形状并且包括由薄的外部封装件制成的一次性壳体（d1），该壳体优选地是透明的。分离和收集隔室（d2）被限定为参与由装置执行的逐步清洁过程。沿着中间部分的纵向轴线提供中心竖直管（c）。在管的上部部分中，可以设置中心旋转构件，在这种实施例中是倾斜翼（cw）的形状。其进一步包括阀单元（vu）（参考图4a被详细描述），在这种实施例中该阀单元（vu）被附接到竖直取向的过滤器单元（vF）的底部设置（ba）。过滤器单元（vF）具有整个中空圆形圆柱形状，其中中心竖直管（c）沿着过滤器单元的纵向轴线设置并且分离和收集隔室（d2）被限定在过滤器单元的内表面和中心管的外表面之间的空间内。优选地，过滤器单元包括竖直取向和褶皱式过滤器。过滤器单元能够让携带流体（通常是水）通过并且在凝聚式过滤器的情况下也让例如油的污染物通过。

阀单元（vu）也可以设置有翼，其将迫使经过的水和污染物进入分离和收集隔室（d2）中以继续缓慢旋转运动。在这种实施例中，这些运动将前进到一个/多个竖直取向的褶皱式过滤器（vF）和/或聚合一次性凝聚式过滤器（当油是污染物时）的非常大的周边区域。

在壳体（d1）的内表面和过滤器单元的外表面之间存在一定距离，从而限定周向竖直收集沟道（ch），其继续作为在漂浮过滤器单元及其底部设置（ba）下方的至马达输出区域（m7）的通道，见图7b中的箭头。通过过滤器的速度将由于外周设置而非常低。如果过滤器的直径增加且/或过滤器的竖直长度增加，这将影响通过过滤器的速度，使得速度将减小。可以测量通过马达单元的电流以便用作指示器来指示出通过过滤器的阻力何时过高并产生信号来更换过滤器并/或停止收集或开始关于图5b描述的被附接到漂浮物5的飞边过滤器（fu）的清洁过程。

在图7c和图7d中具体示出了在分离和收集隔室（d2）内的竖直漂浮过滤器设置（vF）的关于一次性壳体（d1）是阀功能的一部分的能力。当过滤器开始充满污染物时且当整个撇除和分离装置被提离水时，采取措施以防止被收集的污染物将通过马达单元（m7）的流出道泄漏出去。

在图7c中示出竖直过滤器单元（vF）被设置在壳体（d1）内部处于漂浮情况。水或者水和污染物的混合物具有比竖直过滤器设置（vF）的总密度更高的密度。这将导致过滤器单元将漂浮并且撞击一次性容器（d1）的上部部分并且被清洁的水流可以通过外周流动通道（ch）并沿着水平通道流出通过马达输出区域（m7）。

竖直可移动过滤器单元（vF）的浮力进一步在图7d中被示出。竖直可移动过滤器单元（vF）的这些浮力可以借助于漂浮装置（fm）被调整并且底部设置（ba）作为阀功能起作用以便阻挡水和/或污染物从外周流动沟道（ch）至流出道（m7）的流动。这可以发生在水和污染物的混合物具有比竖直过滤器设置（vF）的总密度更低的密度时。这也可以发生于当清洁装置正被提离水并且过滤器单元将被更换时在通过在与上部部分（UP）（未示出）的接合处的通风口的空气进入一次性容器（d1）中时。

之后带有其被收集的污染物的整个过滤器单元可以以适当方式被处理。在参考图6和图7所述的这种实施例中，在设置有外围流动沟道的情况下，最终净化步骤通过被设置在壳体（d1）内部的竖直取向的褶皱式过滤器和/或凝聚式过滤器来完成。当然设置有竖直流动通道和过滤器的装置可以被放大以用于在本申请中描述的具有不同排空过程的非一次性系统。

此外，这种实施例使得能够产生用于有效的污染物重力和离心净化和聚集（有或没有过滤器）的最佳条件，以便实现对漂浮在水上的非常薄且具有少量固体的污染物层的长期收集，该污染物如油、漂浮蛋白质和海藻。

在所有上述实施例中，马达的推进器8可以是切削类型以便避免碎片缠绕到推进器周围。上文提到的实施例也可以用于建筑较大的单元和平台，以例如用于海上使用、湖泊和河流清洁，其中例如发电机、蒸汽发电机、杂草切割设备、螺杆泵等等可以被用于改善污染物至适当的存储单元的运输。

本发明不限于上述优选实施例。可使用各种替代方案、修改和等价方案。因此，以上实施例不应当理解为限制本发明的范围，其由所附权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种撇除和分离装置，包括：

外部壳体（1），所述外部壳体设置有直接或间接地紧固撇除和分离装置的所有部分从而限定隔室（2）的构造，

漂浮物（5），所述漂浮物（5）被构造成产生所述装置的撇除功能，所述漂浮物在所述漂浮物的下侧处被附接到基本竖直设置的波纹管（4），从而允许所述漂浮物将流调节到基本圆周的体积中并允许所述漂浮物从基本没有流进入所述隔室（2）内的上部位置移动到下部位置，从而允许水和碎片的流在向下方向上沿着所述漂浮物（5 ）的轮廓到达所述装置中；

具有推进器（7）的动力装置（8），其中，所述动力装置被构造成被控制单元控制，以致可以产生各种流和压力来控制所述装置的入流和出流；

其特征在于：所述装置进一步包括：

中心管（c），所述中心管（c）沿着所述隔室的竖直中心轴线设置并且被构造成接收所述水和碎片的流；以及至少一个中心旋转构件，所述至少一个中心旋转构件被构造成产生所述水和碎片在所述中心管（c）内的向下引导和中心旋转的流，其中，所述至少一个中心旋转构件包括被设置在所述中心管（c）内的偏转构件，

其中，所述装置包括基本平面且盘形的凝聚式过滤器（CF），所述凝聚式过滤器（CF）被设置在所述隔室（2）的下部部分内的水平平面内。

2.根据权利要求1所述的撇除和分离装置，其中，所述至少一个中心旋转构件包括被设置在所述中心管（c）内的倾斜翼（cw）。

3.根据权利要求1所述的撇除和分离装置，其中，所述至少一个中心旋转构件包括被设置在所述漂浮物下方且沿着所述漂浮物的向内边缘的偏转构件。

4.根据权利要求1所述的撇除和分离装置，其中，所述至少一个中心旋转构件包括被设置在所述漂浮物下方且沿着所述漂浮物的向内边缘的扭转翼（tw）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的撇除和分离装置，其中，所述中心管（c）在下端处设置有阀单元（vu），所述阀单元被构造成执行其阀功能以便在所述装置的喷射阶段期间闭合所述中心管（c）。

6.根据权利要求5所述的撇除和分离装置，其中，所述阀单元（vu）设置有偏转构件，在所述装置的收集阶段期间，所述偏转构件将引导经过的水和碎片进入到所述隔室（2）中以继续旋转运动。

7.根据权利要求5所述的撇除和分离装置，其中，所述阀单元（vu）设置有翼，在所述装置的收集阶段期间，所述翼将引导经过的水和碎片进入到所述隔室（2）中以继续旋转运动。

8.根据权利要求1所述的撇除和分离装置，其中，所述装置包括上部部分（UP）、中间分离和收集部分（MP）和下部驱动单元部分（DP），其中，这些部分被构造成被组装成使得所述装置具有基本圆形圆柱形状，其中，所述上部部分（UP）被构造成用于固定所述波纹管（4）和所述漂浮物（5），并且其中，所述中间部分（MP）具有带圆形横截面的圆柱形状，并且包括所述中心管（c）和外部封装件，从而限定分离和收集隔室（d2），并且竖直取向的过滤器单元（vF）被设置在所述隔室（d2）内。

9.根据权利要求8所述的撇除和分离装置，其中，所述过滤器单元（vF）具有整体中空圆形圆柱形状，其中，所述中心管（c）被设置在所述过滤器单元内并且沿着所述过滤器单元的纵向轴线。

10.根据权利要求9所述的撇除和分离装置，其中，在所述壳体的内表面和所述过滤器单元（vF）的外表面之间设置一距离（d1），从而限定周向竖直收集沟道（ch），所述周向竖直收集沟道（ch）继续作为在所述过滤器单元及其底部设置（ba）下方的至马达输出区域（m7）的通道。

11.根据权利要求9或10所述的撇除和分离装置，其中，所述过滤器单元是竖直设置的褶皱式过滤器和/或凝聚式过滤器。

12.根据权利要求1所述的撇除和分离装置，其中，所述控制单元被构造成从所述动力装置（8）接收指示所述动力装置的功率消耗的测量信号，并且如果所述功率消耗高于预定阈值，则根据预设控制规则，所述推进器的旋转速度被改变且/或旋转方向被改变。

13.根据权利要求12所述的撇除和分离装置，其中，所述规则包括如下规则，即包括连续并重复地增加且之后减小所述旋转速度和改变所述旋转方向的控制指令。

14.根据权利要求1所述的撇除和分离装置，其中，所述撇除和分离装置包括被安装在所述撇除和分离装置处以致所述撇除和分离装置可以绕其中心竖直轴线转动的至少一个操纵风扇（mf），并且其中，所述控制单元被构造成接收定位数据并且根据所述定位数据来控制所述操纵风扇。

15.根据权利要求14所述的撇除和分离装置，其中，所述定位数据是GPS-数据。

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