CN1361840A - 用于收集飘浮在水体上的材料的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于收集材料,特别是用于收集飘浮在水体表面的油的撇渣设备,其包括具有收集腔室(A)的收集容器(11)。收集腔室(A)包括上子腔室(B),其由内壁(12/13)沿横向限定,并且内壁(12/13)具有撇渣围堰(K)形成收集腔室(A)的入口;还包括下子腔室(C),其由外壁(15)沿横向限定,并且连通底部出口(14A)。收集腔室(A)与装置(19)相互连接,以便通过底部出口(14A)从收集腔室(A)中排出水。由内壁(12/13)和外壁(15)限定用于飘浮材料的分离腔室(D)。所述分离腔室(D)与收集腔室的上子腔室(B)开口连通。在分离腔室(D)的顶部设有阀门(16/13B),当阀门处于开启位置时,连通收集腔室(A)的分离腔室(D)和上子腔室(B)。

Description

用于收集飘浮在水体上的材料的设备
发明领域
本发明涉及一种用于收集飘浮在水体表面上的材料的设备。按照本发明的设备可以用于收集不同种类的、飘浮在水中的固体和液体污染物。但是，本发明专门设计和特别适用于收集泄漏在水表面上的油，包括收集与固体材料混合的油。因此，在本文中着重描述本发明与上述设备有关的应用。
特别是，本发明涉及一种撇渣设备，其特别适用于在没入水中的收集容器的整个撇渣围堰中，在表面层进行撇渣操作，并且使污染物在收集容器中积累在水表面上，从而能够以某种合适的方式将这些污染物取出。
技术背景
国际专利申请WO97/07292和WO99/22078公开了这种设备的现有技术的实施例。在这种现有技术的设备中，收集容器具有侧壁，其包括一个上壁部分，所述上壁部分具有部分浮力，并且该上壁部分的上端形成撇渣围堰，还包括下壁部分，上壁部分可以沿着竖直方向相对于下壁部分移动。上壁部分和下壁部分相互连接，沿着横向限定收集腔室的上部子腔室，收集腔室具有入口，所述入口由撇渣围堰形成。收集腔室的位于下方的子腔室形成腔室的延伸部分，并且开口连通位于上部子腔室。水可以供给进入腔室中，并且可以通过位于底壁中的开口，从收集容器中排出。
在国际专利申请WO97/07292公开的设备中，收集容纳在收集腔室的上部子腔室中的水表面上的油。从收集腔室中排出石油是借助从下方供给水进入收集腔室中、引导撇渣围堰压靠在一块叠置的板上而进行的，在所述板上具有卸料开口，并且引导位于水表面上方的油层通过卸料开口被排出，进入合适的容器内。
在国际专利申请WO99/22078公开的这种设备中，油积累在一个分离腔室中，所述分离腔室由内壁和外壁沿横向限定，其中内壁类似于WO97/07292中设备的侧壁。石油穿过内壁的撇渣围堰，向下流动进入由内壁限定的收集腔室。石油从内壁的下边缘进入分离腔室中，在此腔室内，石油积累在水表面上。在上方限定分离腔室的顶壁具有卸料开口，通过此卸料开口，能够以与国际专利申请WO97/07292中所述设备相同的方式，通过从下方将水供入收集容器中而排出石油。
将分离腔室设置在由内壁限定的收集腔室外侧的优点是油从收集腔室向外流动进入分离腔室时，沿着水平方向在整个区域分布，很容易使这个区域大于由内壁限定的水平区域。因此，在分离腔室中，油的水平速度非常慢。由此，允许油在分离腔室中基本上不受扰动地上升到表面。
在油中常常携带有各种固体物品，并且，当从分离腔室中排出油时会产生问题。在国际专利申请WO99/22078公开的这种设备中，这种物品趋于被收集在分离腔室中油层的顶部，与收集腔室的顶壁或顶部相邻，当通过卸料口排出所述油，特别如石油时，上述物品会被保留该处。其结果是，只有位于卸料口的下方或靠近该卸料口的那部分物品/异物能够被油携带着从分离腔室中排出。
发明内容
按照本发明提供的设备，其属于国际专利申请WO99/22078公开的类型，因此具有分离腔室，这个分离腔室与油穿过撇渣围堰流入其中的腔室沿横向分开，由独立权利要求限定的设备的设计结构可以解决上述问题。按照本发明的优选实施例具有本发明的一个或多个独立权利要求所限定的特征。
下面参照附图详细描述本发明，在附图中，以图解方式描绘了本发明设备的实施例。
附图说明
图1和2是本发明设备的沿竖直方向的剖视图，其分别描绘了该设备处于收集石油的工作状态，和在该设备中积累石油的工作状态，而且，任何由油携带的固体物品被该设备排放进入接收器中。
图3是图1和2中细部的放大视图。
图4是图1和2中侧视的接收器的平面图。
具体实施方式
在图示的实施例中，按照本发明的设备适合于漂浮在载有低密度的、要被收集材料的水体中。在本文中，假定这种材料是油，可能其中混合有一种或另一种固体物品，例如瓶盖、塑料块、树皮或木块，或者其他物体碎片。但是，应当注意到，本发明优先用于收集固体碎片，例如，漂浮在露天水池中的水面上的树叶或者其它植物碎片。
这种设备的基本结构和运行过程大体上与现有技术中的国际专利申请WO97/07292和WO99/22078中所述的设备相同，因此本文中不再详细描述。
如同现有技术中的设备，在附图1和2所示的设备中，包括能够浸入水中的收集容器，通常由标号11表示，其具有圆形横截面。这种容器11形成收集腔室，通常由字母A表示。在容器11的顶部具有由撇渣围堰K在容器11的圆形横截面的环形内壁上形成圆环形入口，这个入口位于容器11的中央位置。这个内壁包括可以沿着竖直方向移动的上壁部分12和下壁部分13，下壁部分13相对于容器固定。在容器11的底部，收集腔室A具有底壁14，在所述底壁14上具有中央开口14A，其形成水的入口和出口。
收集腔室A的上子腔室B部分由上壁部分12并且部分由下壁部分13沿横向限定。收集腔室A的下子腔室C由环形外壁15沿横向限定，环形外壁15的直径远远大于内壁部分12和13的直径，在所述的实施例中，大2～2.5倍。
在内壁12、13和外壁15之间，形成环形空间D。所述环形空间D向下开口，而且，在下壁部分13的下边缘13A处，环形空间D与收集腔室A的上子腔室B保持开口连通，当然，也与下子腔室C保持开口连通。
部分由外壁15的向内延伸的凸缘15A，和部分由稍微具有锥形的、圆环形顶壁元件16限定环形空间D的顶部。顶壁元件16的外边缘固定到凸缘15A上，并且，圆环形顶壁元件16的内边缘可以座落在内壁的下壁部分13的上边缘13B上。在如图所示的状态下，顶壁元件16从下方看去时是凸起形状，并且，由具有轻微柔性的聚氨酯盘件形成，可以向上转动，在顶壁元件16的下侧和下壁部分13的上边缘13B之间，打开一个环形间隙S，如图2所示。
环形上臂部分12包括具有浮力的环形件12A，具有浮力的环形件12A的上部形成撇渣围堰K，还包括具有风箱形状的波纹管12B，波纹管12B的上端固定在具有浮力的环形件上，波纹管12B的下端固定在与顶壁元件16上并邻近其内边缘。
壁部分12的质量与其体积相配合，因此该壁部分在水中具有一定量向上的浮力。当壁部分12潜入水体中，而且，在不受除重力和流体静升力之外的作用时，环形件12的顶部边缘稍微高于水表面。
在收集容器11的底壁14稍微向上间隔开的位置设有圆形板元件17，板元件17的周边17A与外壁部分15向内间隔开，由板元件17的周边17A与外壁部分15形成一个环形通道18，通过环形通道18，水可以从收集腔室A流动通过底壁开口14A，进入周围的水体中，并且自然也可沿相反方向流动。
为了在收集腔室A和围绕收集容器的水体之间输送水，设有双向旋转泵，通常由标号19表示。所述的泵19包括具有推动器形式的泵元件19A，所述泵元件19A被设置在底壁的开口14A中。在泵19的壳体19B中，容纳有泵的电动马达19C，电子控制单元(未图示)和动力源(也未图示)，所述动力源可以使一个或几个电池。另外，马达的动力可以由太阳能电池产生。泵19以可拆除方式借助支撑杆件20固定到底壁14上，在附图中仅绘制了其中一个支撑杆件20，板元件17和内壁的下壁部分13的向外、并且稍微向上延伸的凸缘13C也固定在支撑杆件20上。
具有多个，例如三个，沿圆周方向均匀分布的、沿竖直方向设置的螺杆21固定到外壁部分15的法兰15A上。这些螺杆21中的各螺杆支撑着支座23上的飘浮体22。借助螺母24，可以调整支座23的高度，进而调整在收集容器11上方的飘浮体22的高度。
支座23连接支撑着固定的水平板元件25，所述水平板元件25直接位于内壁12/13的上方。在水平板元件25中设有与内壁同心的出口25A，在出口25A上沿着垂直方向设有直立的出口管或提升管26，所说出口管26连接出口25A。形成出口的出口管26的上端开启，形成通气口。在所述管26的上开启端下方，沿着横向方向设有出口龙头26A。一个接收容器的接口，在这种情况下是塑料袋27，也可以是软管，通过连接装置28连接出口龙头26A，其方法将在下面描述。在出口龙头26A的自由端的相邻位置处设有环形珠缘26B。在所述环形珠缘26B和出口龙头26A之间，安装有夹紧环28A，由压缩弹簧28B朝向出口龙头的自由端推动夹紧环28A。在所述夹紧环28A的内部具有锥形颈部28C，所述锥形颈部28C从出口管26指向外。
接收袋27由塑料片材制成，最初呈扁平形状，在接收袋27上设有管状接口27A。当袋27要被连接到出口龙头26A上，作为接收容器时，朝着出口管26的方向推动夹紧环28A，将接收袋的接口27A拉过珠缘26B，并且绕过具有弹性的可扩张颈部环形件27B，接口27A的端部绕过颈部环形件27B后拉回。当夹持环28A被再次释放时，夹紧环28A的颈部28C将袋27的接口27A固定夹紧在颈部环形件27B和环形珠缘26B处，参见附图3。
远离接口27A的接收袋27的端部设有短的和开启管状排水通道27C，在所述管状排水通道27C上具有一个小的重物27D，其趋于将排水通道27C向下方牵引。
在板元件25的下侧，由环形唇密封元件29环绕出口25A，所述密封元件29与形成围堰K的飘浮环形件12A的上端协同作用，在板元件25和飘浮围堰K之间密封间隙S。
当收集设备位于水体中时，例如位于开放水域或具有多种限制的区域内时，例如水池，或者由飘浮水栅(floating booms)包围的区域内时，收集腔室A将迅速被水填充，而且整个设备相对于水表面占据一个高度，因此水表面稍微低于板元件25的水平位置，如图1所示。在此位置，收集设备中的飘浮环形件12A接合唇形密封元件29。扁平的接收袋27飘浮在水面上，排水通道27向下延伸。
当泵19运行，并且将水泵送出收集腔室A，向下进入围绕着收集设备的水体中时，上壁部分12将其撇渣围堰K相对于水表面定位在溢流位置，因此收集腔室A将连续供给水和油，以及携带的任何固体材料。根据泵送出的水量相对于流入的水量，上壁部分12能够相对于水表面进行自动调整。因此，上壁部分12总是会保持水流入和流出的平衡状态。
由泵19产生的向下流动的水流导致水流和油向下流入收集腔室A的中央的上子腔室B中，通过下壁部分13的水平的下边缘13A和向外朝着外壁部分15流动。当水流和油流进入收集腔室A中的下子腔室C内、下边缘13A的下方时，液流在腔室D中在整个水平横截面上将沿着水平方向分布，所述水平横截面基本上大于由壁部分12和13限定的上子腔室B的水平横截面。
所以，水平流动的速度急剧下降。由水携带的油和任何固体材料越过撇渣围堰K，因为在上子腔室中具有相对较高的流动速度，向下进入环形腔室D，所述环形腔室D位于壁16和凸缘15A的下方，油和各种固体材料借助其较低密度在腔室中上升到上面部分。因此携带的油和任何固体材料在腔室D的顶部积累，并且与水分开，在水表面形成一层。
按照上面所述方式，在水流从上方流入收集腔室A，并且，在分离腔室D中分离流进腔室D中的油的同时，由于流体静压力作用在壁元件16的上侧，壁元件16受压进入与壁部分13的上边缘13B密封接合的状态。该压力大于作用在相应高度的波纹管12B内侧的流体静压力，这是因为，围绕着浮动的环形件12A的水表面高于浮动的环形件内侧的水表面。因此，壁部分13的上边缘13B和壁元件16共同作用，形成瓣状阀门元件，由此形成的阀门可以防止在分离腔室D的水表面上积累的油从该腔室中排出。
在收集操作开始进行，经过合适的时间之后，电子控制单元(未图示)将使泵19响应分离腔室D中超声波传感器30给出的、指示在腔室中已经积累了足够的油量的信号，反向运行，因此由泵向收集容器11中泵送水。其结果是，收集容器11中水的表面位置升高，上壁部分12上的飘浮环形件12A与板元件25上的密封元件29接触，并且形成密封，由此紧密封闭间隙S。
当执行上面所述的操作时，作用在壁元件16上的纯流体静压力反向作用，以便壁元件16向上围绕其外边缘转动，并且在壁元件16的下侧和壁部分13的上边缘13A之间开启一个环形出口间隙R。这种状态如图2所示，其中呈锥形的壁元件相对于图1中所示的情况相反。由于油具有的低密度，在分离腔室D中的油将向上流入收集腔室A中的上子腔室B内，并且在壁部分12内侧的水表面上方积累。如图2所示，壁元件16在此位置向内并且向上倾斜，在分离腔室B中积累的任何固体物品，和任何在壁元件16的下侧的固体物品都将随着油被排出。
继续将水泵送进入收集容器11中，将使油受向上的推力作用，在下方水的作用下，推送油进入出口或提升管26中，并且从溢流出口龙头26A流出进入接收袋27，所说袋27飘浮在收集设备周围的水面上。通过出口龙头26A和出口管26的开启的上端为接收袋提供需要的出路。进入接收袋27中的由油携带的水将位于其中的底层，这些水可以通过排出通道27C排出。
响应位于出口管26中的超声波传感器31给出的新的、指示实质上所有的油已经基本上被排出的指示信号，泵19再次反向运行，重复上面所述的操作过程。如果接收袋27已经被填充，在重复操作过程之前，必须更换新的接收袋。当接收袋27从出口龙头26A上被拆下时，接收袋的接口27A和排出通道27C很容易被封闭，例如借助塑料夹具，可以采用任何合适的方式对接收袋进行处理。
从上述描述可知，壁元件16作为瓣阀门元件，壁部分13的上边缘13作为阀座，构成阀门，根据作用在阀门上的流体静压力的压力差的方向，控制间隙R的开启和闭合，所述间隙R为分离腔室D形成一个开口。根据泵19产生的水流方向，改变上述流体静压力的压力差的方向。在所述实施例中，借助超声波传感器30和31产生的信号自动控制泵19，但是，也可以采用不同的方式控制泵19。
在本发明设备的一个未图示的实施例中，内壁的上、下壁部分呈圆柱形，并且套叠设置，其基本上类似于国际申请WO99/22078中所说设备的上下壁部分。在此实施例中，上壁部分具有这样的设置结构，当位于分离腔室和收集腔室之间的阀门被开启时，即，当上壁部分上升到其最高位置时，允许分离腔室中的油和固体材料向内并且向上流动进入上方的子腔室中。其它未图示的可能的修改方式都属于本发明的范围，并且记载在本发明的权利要求书中。
也可以采用其他设备将收集材料排入接收容器中，其中将收集到的材料向上排出，并且输送到接收容器中，如国际申请WO97/07292和WO99/22078中所示的设备。

Claims (18)

1.一种用于收集材料，特别是收集飘浮在水体表面的油的设备，其包括：
具有收集腔室(A)的收集容器(11)，所述收集腔室(A)包括：
上子腔室(B)，其由内壁(12/13)沿横向限定，并且具有撇渣围堰(K)，由后者形成收集腔室(A)的入口；
下子腔室(C)，其由外壁(15)沿横向限定；
底部出口(14A)；
用于通过底部出口(14A)从收集腔室(A)排放水的装置(19)；
由内壁(12/13)和外壁(15)限定用于飘浮材料的分离腔室(D)，所述分离腔室(D)与收集腔室(A)的上子腔室(B)开口联通；
其特征是，在分离腔室(D)的顶部设有阀门(16/13B)，当阀门处于开启位置时，联通收集腔室(A)的分离腔室(D)和上子腔室(B)。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征是：所述阀门(16/13B)基本上围绕收集腔室(A)的上子腔室(B)延伸。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征是：内壁(12/13)和外壁(15)呈环形，并且同心设置。
4.按照权利要求1～3之一所述的设备，其特征是：所述阀门包括一个环形阀门元件(16)，所述环形阀门元件围绕收集腔室的上子腔室(B)设置，环形阀门元件(16)在其封闭位置与内壁上的环形阀座(13B)密封接合。
5.按照权利要求3所述的设备，其特征是：阀座(13B)被设置在内壁(12/13)的下部分(13)，内壁的上部分(12)的下端固定到阀门元件上，并且可以随着阀门元件一同移动。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征是：上部分(12)的高度可以变化。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征是：上部分(12)在其高度的至少一部分上由环状的波纹管(12B)构成。
8.按照权利要求1～7之一所述的设备，其特征是：通过作用在阀门上的流体静压力的压力差的作用，阀门(16/13B)可以在闭合和开启位置之间运行。
9.按照权利要求1～8之一所述的设备，其特征是：通过作用在内壁(12/13)外侧上的水压力的作用，阀门(16/13B)朝着闭合方向动作。
10.按照权利要求1～9之一所述的设备，其特征是：由浮力体(12A)形成撇渣围堰(K)。
11.按照权利要求1～10之一所述的设备，其特征是：由出口(25A)连通收集腔室(A)的上子腔室(B)，并且包括一个提升管(26)，在所述提升管(26)的上端具有通气开口，一个溢流出口(26A)位于通气出口下方的位置。
12.按照权利要求11所述的设备，其特征是：具有接口(27A)可分拆漂浮接收容器(27)，其接口(27A)可拆除地连接到溢流出口(26A)上，远离接口(27A)的可分拆排水通道(27C)被设置在所述接收容器的底侧。
13.按照权利要求12所述的设备，其特征是：溢流出口(26A)呈管状，漂浮接收容器(27)的接口(27A)呈管状，并且可以在溢流出口(26A)上滑动，借助夹紧环连接器(28)夹紧于所述接口，所述夹紧环连接器(28)包括可以沿轴向移动的夹紧环(28A)，所述夹紧环(28A)围绕着溢流出口(26A)，还包括位于溢流出口(26A)上的环状珠缘(26C)。
14.一种用于收集材料，特别是收集飘浮在水体表面的油的设备，其包括用于容纳飘浮材料的腔室(A)，其特征是：由一个出口(25A)连通容纳空间(A)，并且包括提升管(26)，在所述提升管(26)的上端具有通气开口，并且在通气开口的下方具有溢流出口(26A)。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征是：可分拆的漂浮接收容器(27)具有一个接口(27A)，所述接口(27A)可拆除地连接到溢流出口(26A)上，在远离接口(27A)的该接收容器(27)的一侧设有可封闭的排放通道(27C)。
16.按照权利要求14或15所述的设备，其特征是：溢流出口(26A)呈管状，漂浮接收容器(27)的接口(27A)呈管状，并且可以在溢流出口(26)上滑动，借助夹紧环连接器(28)夹紧所述接口，所述夹紧环连接器(28)包括可以沿轴向移动的夹紧环(28A)，所述夹紧环(28A)围绕着溢流出口(26A)，还包括位于溢流出口(26A)上的环状珠缘(26C)。
17.按照权利要求16所述的设备，其特征是：夹紧环连接器还包括设置在接收容器接口(27A)上的中间环形件(27B)，而且所述中间环形件(27B)被设置在夹紧环(28A)和珠缘(26)之间。
18.一种用于收集材料，特别是用于收集飘浮在水体表面的油的可分拆的漂浮接收容器(27)，其特征是：所述容器(27)是具有一个接口(27A)和一个可封闭的排放通道(27C)的袋状容器(27)，所述排放通道(27)被设置在远离所述接口的容器的一侧。
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