CN111335286B - 一种小型水域的漂浮物收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型水域的漂浮物收集装置，包括：通过连接架固定连接的柱形圆筒和浮球，浮球顶部有太阳能电池板，柱形圆筒的两端敞口，内部设有螺旋桨、分隔板和导流板；分隔板倾斜设置并由无孔区和筛孔区构成，螺旋桨的叶片位于柱形圆筒的底端，螺旋桨的转轴与柱形圆筒的中心轴线重合，导流板倾斜设置在筛孔区的上方，并与柱形圆筒的横截面的夹角为25～30°，在柱形圆筒的筒壁上设有出口，出口位于导流板下方，出口设有自回弹的外开门，在柱形圆筒外壁上设有凸起，用于套接网兜，罩住出口。本发明装置自适应能力强，完全自动化，无需额外电力支持，体积不大，结构简单，成本低廉，安装和使用方便，维护简单，适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于水利工程领域，具体涉及露天水面的漂浮物清理所用设备。
背景技术
随着工业进步和社会发展，我国水体污染问题日渐突出，海洋、江、河、湖泊中的水面垃圾不但对水体生态造成严重威胁，破环生态景观，影响居民饮水，如果不及时清理，甚至会影响河道、水坝的正常运行，给居民的正常工作与生活带来困扰。
目前，水面漂浮垃圾清理的方式主要有两种：一是依靠人工清理的方式，即采用半舱式或甲板机动驳船，由环卫工人手持网兜站在甲板上直接把垃圾捞上来，这种传统的打捞方法劳动强度大、工作环境恶劣，人身安全没有保证，清理垃圾效率低，且一般的机械化打捞设备作业面小，不能到达滩涂、狭窄河边工作，无法彻底清除垃圾；二是使用燃油驱动和人工驾驶的清理装置，例如，天津新港船厂建造的水上清扫船“方通号”，可以实现自动清扫、收集、储存水面垃圾等功能；上海市废弃物处置公司研制的水面漂浮物打捞船，采用双船体设计，打捞装置采用传送带形式，克服了以往人工打捞及抓斗间隙打捞的缺点，打捞速度快，劳动强度低；另外，还有回转式和抓斗式等类型水面漂浮垃圾清理装置。但是，这些比较先进的水面垃圾清理装置均体积庞大移动不便，仅适用于大型江河及近海，难以适应小型水域(例如面积较小或形状复杂多变的城市景观水域、狭窄河道、养殖水域等)的漂浮垃圾清理，而且，这些装置绝大多数使用燃油驱动，耗能大、成本高，还会对清理水域造成二次污染。
尤其是，通常来说，小型水域如城市景观水域或城市河道周围的环境绿化程度高，有大量的花草灌木或植被，即便可以避免生活垃圾，也无法避免自然垃圾，即，植物的根、枝、叶、杂草等受风雨雪自然天气影响进入水域并汇集于水面形成的自然漂浮物。针对这些地方的水面漂浮垃圾清理，虽然垃圾总量不多，但是清理的及时性要求高，如果采取人工打捞的方式进行每日全面巡视的工作量非常大，需要比较多的人力和财力，而燃油驱动的机械清理装置因体积所限无法发挥作用(成本也高)，而且还会明显影响景观并带来空气、噪音和水域新污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种小型水域的漂浮物收集装置，采用太阳能清洁能源，体积小，自动收集漂浮物，可以灵活设置在小型水域的多个位置。
一种小型水域的漂浮物收集装置，包括：柱形圆筒和浮球，其中，
所述浮球的顶部外表面固定有太阳能电池板，所述浮球的下部与所述柱形圆筒的顶部通过连接架固定连接，所述浮球的底端与所述柱形圆筒的顶端在竖直方向的距离为15～25cm；
所述柱形圆筒的顶端与底端均为敞口，所述柱形圆筒的底部连接有软绳，所述软绳的另一端接有坠重块，在所述柱形圆筒内设有螺旋桨、分隔板和导流板；
所述分隔板倾斜设置并与所述柱形圆筒的内壁固定连接，所述分隔板将所述柱形圆筒的内部分隔成上下两部分，所述分隔板由无孔区和筛孔区构成，所述无孔区和筛孔区的分界线为所述分隔板与所述柱形圆筒的第一纵剖面相交得到的水平线，所述无孔区靠近所述柱形圆筒的顶端，所述筛孔区靠近所述柱形圆筒的底端，所述筛孔区上分布有若干小孔(细小筛孔)，可供水流通过；
所述螺旋桨包括叶片、转轴和电机，所述螺旋桨的叶片位于所述柱形圆筒的底端，所述螺旋桨的叶片与所述螺旋桨的转轴的底端连接，所述螺旋桨的转轴的顶端固定在所述分隔板的中心点位置上，所述螺旋桨的转轴与所述柱形圆筒的中心轴线重合，所述螺旋桨的电机与所述太阳能电池板连接，所述太阳能电池板为所述螺旋桨的电机提供电力，以驱动所述螺旋桨的叶片转动；
所述导流板倾斜设置在所述筛孔区的上方，所述导流板为半椭圆形状的平板，由平板主体、半椭圆形的上端面、半椭圆形的下端面、圆弧形的侧端面和径向侧端面构成，其中，所述圆弧形的侧端面固定连接在所述柱形圆筒的内壁上，所述径向侧端面与所述柱形圆筒的第二纵剖面重合，所述第二纵剖面与所述导流板相交得到水平线，所述径向侧端面也是所述导流板的底部，所述导流板和所述柱形圆筒的横截面的夹角为25～30°；
所述柱形圆筒的筒壁上设有出口，所述出口设在所述导流板的下方且位于所述分隔板的筛孔区的上方，所述出口的直径为10～15cm，所述出口设有自回弹的外开门，在所述柱形圆筒的外壁上绕着所述出口设有一圈凸起，在所述凸起上套接有网兜，所述网兜罩住所述出口。
在本发明的一些具体实例中，所述浮球的材质为塑料或不锈钢。
在本发明的一些具体实例中，所述柱形圆筒的材质为不锈钢。
在本发明的一些具体实例中，所述网兜的材质为塑料。
在本发明的一些具体实例中，所述浮球的直径为所述柱形圆筒的直径的0.8～1.5倍，优选为1.2～1.5倍。
在本发明的一些具体实例中，所述柱形圆筒的直径为50～100cm。
在本发明的一些具体实例中，所述连接架由至少三根连接杆组成，且所有连接杆呈对称设置。
在本发明的一些具体实例中，所述导流板和所述柱形圆筒的横截面的夹角为30°。
在本发明的一些具体实例中，所述自回弹的外开门为弹簧片或者橡胶片，下端固定，上端能够自回弹。
在本发明的一些具体实例中，所述网兜的另一端用绳子扎口。
上述小型水域的漂浮物收集装置使用时，坠重块沉入水底，锚定于水域中，浮球漂浮在水面上，柱形圆筒的顶端位于水面下2～10cm，装置整体为漂浮状态。当太阳照射到太阳能电池板表面，为螺旋桨的电机提供电力，螺旋桨的叶片开始转动，推动水朝水域底部运动，水域表面的水从浮球和柱形圆筒之间的空隙流向柱形圆筒内，水域表面的漂浮物随着水的流动进入柱形圆筒内，并最终被分隔板截留，而水则从分隔板的筛孔区上的筛孔流过；当晚上没有太阳时，螺旋桨停止工作，白天随水流进入柱形圆筒内的漂浮物浮起，又被导流板拦截并顺着倾斜的导流板往出口处堆积，漂浮物堆积较多则其浮力作用挤压推动自回弹的外开门向柱形圆筒外打开，漂浮物由打开的门进入网兜，带动网兜浮起。当第二天白天太阳照射时，螺旋桨继续工作，当螺旋桨工作时，由于柱形圆筒内负压，自回弹的门和柱形圆筒的筒壁贴合，水无法从出口处流入柱形圆筒内，而只能是从柱形圆筒顶端携带水面漂浮物流入柱形圆筒内部，在夜晚，柱形圆筒内的漂浮物再进入网兜，如此重复，当网兜内漂浮物较满时，可以将漂浮物倒出处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1)本发明装置在收集漂浮物过程中自适应能力强，而且完全自动化，无需人工干涉，安装和使用方便，维护简单。
2)本发明装置无需额外电力支持，依靠太阳发电，也依靠太阳的照射轮回，完成吸入漂浮物和收集漂浮物的过程，具有环保节能和适用范围广的特点。
3)本发明装置结构简单，成本低廉，可以在小型水域中多点设置，从而能够完成该水域内所有漂浮物的收集工作。而且，通过颜色或多点位置的排布设计，可以将本发明装置同时变身为景观的一部分，能够点缀和美化水域景观。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是本发明的小型水域的漂浮物收集装置的一具体实施例的结构示意图。
图2示出了图1中分隔板和导流板的结构。
具体实施方式
以下，结合附图和实施例，对本发明的实施方式进行详细说明，以更清楚地理解本发明的技术内容。
如图1～2所示，在本发明的一具体实例中，一种小型水域的漂浮物收集装置，包括：柱形圆筒1和浮球3。
浮球3的顶部外表面固定有太阳能电池板4，浮球3的下部与柱形圆筒1的顶部通过连接架2固定连接，浮球3的底端(浮球3的最低点)与柱形圆筒1的顶端在竖直方向的距离为15～25cm。
柱形圆筒1的顶端与底端均为敞口，柱形圆筒1的底部连接有软绳，软绳的另一端接有坠重块1-1，坠重块1-1沉入水底；在柱形圆筒1内设有螺旋桨5、分隔板6和导流板7。
分隔板6倾斜设置并与柱形圆筒1的内壁固定连接，分隔板6将柱形圆筒1的内部分隔成上、下两部分，分隔板6由无孔区61和筛孔区62构成，无孔区61和筛孔区62的分界线为分隔板6与柱形圆筒1的第一纵剖面的相交线，第一纵剖面是指顺着柱形圆筒1的轴心线的方向切断柱形圆筒1后所呈现出的表面，且该表面与分隔板6的相交线为水平线，无孔区61靠近柱形圆筒1的顶端，筛孔区62靠近柱形圆筒1的底端，筛孔区62上分布有若干细小筛孔，可供水流通过。
螺旋桨5包括叶片、转轴52和电机51，螺旋桨5的叶片位于柱形圆筒1的底端，螺旋桨5的叶片与螺旋桨5的转轴52的底端连接，螺旋桨5的转轴52的顶端固定在分隔板6的中心点位置上，螺旋桨5的转轴52与柱形圆筒1的中心轴线重合，螺旋桨5的电机51与太阳能电池板4连接，太阳能电池板4为螺旋桨5的电机51提供电力，以驱动螺旋桨5的叶片转动。
导流板7倾斜设置在筛孔区62的上方，导流板7为半椭圆形状的平板，由平板主体、半椭圆形的上端面、半椭圆形的下端面、圆弧形的侧端面71和径向侧端面72构成，其中，圆弧形的侧端面71固定连接在柱形圆筒1的内壁上，径向侧端面72与柱形圆筒1的第二纵剖面重合，第二纵剖面是指顺着柱形圆筒1的轴心线的方向切断柱形圆筒1后所呈现出的表面，且该表面与导流板7相交得到水平线，径向侧端面72也是导流板7的底部，导流板7和柱形圆筒1的横截面的夹角a为30°，柱形圆筒1的横截面是指圆筒的水平横截面，为与圆筒的底面或顶面相同的圆。
柱形圆筒1的筒壁上设有出口8，出口8设在导流板7的下方且位于筛孔区62的上方，出口8的直径为10～15cm，出口8设有自回弹的外开门9，在柱形圆筒1的外壁上绕着出口8设有一圈凸起，用于套接网兜10，网兜10罩住出口8，网兜10的另一端用绳子11扎口。
上述小型水域的漂浮物收集装置使用时，坠重块1-1沉入水底，锚定于水域中，浮球3漂浮在水面上，柱形圆筒1的顶端位于水面下2～10cm，装置整体为漂浮状态。
当太阳照射到太阳能电池板4表面，为螺旋桨5的电机51提供电力，带动螺旋桨5的叶片开始转动，推动水朝水域底部运动，水域表面的水从连接架2的空隙(也即是浮球3和柱形圆筒1之间的空隙)流向柱形圆筒1内，水域表面的漂浮物随着水的流动进入柱形圆筒1内，并最终被分隔板6截留，而水则从分隔板6的筛孔区62上的筛孔流过，当晚上没有太阳时，螺旋桨5停止工作，白天随水流进入柱形圆筒1内的漂浮物浮起，又被导流板7拦截并顺着倾斜的导流板7往导流板7和柱形圆筒1内壁联接处(出口8的方向)堆积，漂浮物堆积较多则其浮力作用挤压推动门9向柱形圆筒1外打开，漂浮物由打开的门9进入网兜10，带动网兜10浮起。当第二天白天太阳照射时，螺旋桨5继续工作，当螺旋桨5工作时，由于柱形圆筒1内负压，自回弹的门9和柱形圆筒1的筒壁贴合，水无法从出口8处流入柱形圆筒1内，而只能是从柱形圆筒1顶端携带水面漂浮物流入柱形圆筒1内部，在夜晚，柱形圆筒1内的漂浮物再进入网兜10，如此重复，当网兜10内漂浮物较满时，可以松开绳子11，将漂浮物倒出处理。
当然，本领域技术人员可以理解，上述实施例也可以存在一些变形或优化，具体举例如下：
上述小型水域的漂浮物收集装置中，浮球3的材质为塑料或不锈钢，在水中不容易生锈或者被腐蚀。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，柱形圆筒1的材质为不锈钢，在水中不容易生锈或者被腐蚀。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，网兜10的材质为塑料，例如由聚乙烯纤维线编织而成，在水中不容易生锈或者被腐蚀。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，浮球3的直径为柱形圆筒1的直径的0.8～1.5倍，优选为1.2～1.5倍。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，柱形圆筒1的直径为50～100cm。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，连接架2由三根连接杆组成。例如，连接架2是由三根倾斜的连接杆组成，且三根连接杆对称分布(图1中有一根连接杆未示出)。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，出口8紧邻着导流板7和柱形圆筒1的筒壁联接处设置。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，导流板7和柱形圆筒1的横截面的夹角a为25～30°，均可以使得漂浮物迅速上升到出口8，尤其是紧邻着导流板7和柱形圆筒1内壁联接处设置的出口8，实现相同的技术效果。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，第二纵剖面与第一纵剖面可以相同，也可以不同。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，自回弹外开门9可以是弹簧片或者橡胶片，下端固定，上端能够变形(自回弹)，当螺旋桨5启动时，筒内水向下流，会产生筒内负压，自回弹外开门9会关闭，阻止水从自回弹外开门9流入。
上述小型水域的漂浮物收集装置中，扎口的绳子11不是必须的，也可以直接将网兜10取下来清理漂浮物后再套接到柱形圆筒1的外壁的凸起上，同样也是方便高效的。
综上，本发明装置能够自适应水位，在垂直方向随水位浮动，在运行过程中竖直方向可根据水位自动调节，与水面同步升降，满足不同季节天气带来的水位变化下均能实现正常收集功能，不但自适应能力强，而且完全自动化，无需人工干涉，装置体积不大，安装和使用方便，维护简单；并且，由于本发明装置依靠太阳发电，无需额外电力支持，同时，也依靠太阳的照射轮回，完成吸入漂浮物和收集漂浮物的过程，具有环保节能和适用范围广的特点；此外，本发明装置结构简单，成本低廉，在小型水域中多点设置，则可以完成该水域内所有漂浮物的收集工作。而且，通过颜色或多点位置的排布设计，可以将本发明装置同时变身为景观的一部分，能够点缀和美化水域景观。
由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离原理的情况下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，包括：柱形圆筒和浮球，其中，
所述浮球的顶部外表面固定有太阳能电池板，所述浮球的下部与所述柱形圆筒的顶部通过连接架固定连接，所述浮球的底端与所述柱形圆筒的顶端在竖直方向的距离为15～25cm；
所述柱形圆筒的顶端与底端均为敞口，所述柱形圆筒的底部连接有软绳，所述软绳的另一端接有坠重块，在所述柱形圆筒内设有螺旋桨、分隔板和导流板；所述浮球的直径为所述柱形圆筒的直径的0.8～1.5倍；
所述分隔板倾斜设置并与所述柱形圆筒的内壁固定连接，所述分隔板将所述柱形圆筒的内部分隔成上下两部分，所述分隔板由无孔区和筛孔区构成，所述无孔区和筛孔区的分界线为所述分隔板与所述柱形圆筒的第一纵剖面相交得到的水平线，所述无孔区靠近所述柱形圆筒的顶端，所述筛孔区靠近所述柱形圆筒的底端，所述筛孔区上分布有若干小孔；
所述螺旋桨包括叶片、转轴和电机，所述螺旋桨的叶片位于所述柱形圆筒的底端，所述螺旋桨的叶片与所述螺旋桨的转轴的底端连接，所述螺旋桨的转轴的顶端固定在所述分隔板的中心点位置上，所述螺旋桨的转轴与所述柱形圆筒的中心轴线重合，所述螺旋桨的电机与所述太阳能电池板连接；
所述导流板倾斜设置在所述筛孔区的上方，所述导流板为半椭圆形状的平板，由平板主体、半椭圆形的上端面、半椭圆形的下端面、圆弧形的侧端面和径向侧端面构成，其中，所述圆弧形的侧端面固定连接在所述柱形圆筒的内壁上，所述径向侧端面与所述柱形圆筒的第二纵剖面重合，所述第二纵剖面与所述导流板相交得到水平线，所述径向侧端面也是所述导流板的底部，所述导流板和所述柱形圆筒的横截面的夹角为25～30°；
所述柱形圆筒的筒壁上设有出口，所述出口设在所述导流板的下方且位于所述分隔板的筛孔区的上方，所述出口的直径为10～15cm，所述出口设有自回弹的外开门，在所述柱形圆筒的外壁上绕着所述出口设有一圈凸起，在所述凸起上套接有网兜，所述网兜罩住所述出口。
2.如权利要求1所述的小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，所述浮球的材质为塑料或不锈钢。
3.如权利要求1所述的小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，所述柱形圆筒的材质为不锈钢。
4.如权利要求1所述的小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，所述网兜的材质为塑料。
5.如权利要求1所述的小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，所述浮球的直径为所述柱形圆筒的直径的1.2～1.5倍。
6.如权利要求1所述的小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，所述柱形圆筒的直径为50～100cm。
7.如权利要求1所述的小型水域的漂浮物收集装置，其特征在于，所述导流板和所述柱形圆筒的横截面的夹角为30°。
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