DE2641830B2 - Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer auf der Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht, bei dem ein unterhalb der Wasseroberfläche angeordneter Impulsgeber die Schmutzschicht so bewegt, daß sie in eine Sammelvorrichtung gelangt, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Durch die deutsche Auslegeschrift 10 92 395 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem auf die Schmutzschicht Impulse ausgeübt werden, die durch Druckluft bzw. Druckwasserstrahlen oder durch hochziehbare bzw. auseinanderziehbare Körper erzeugt werden. Durch die Impulse wird die Schmutzschicht in Flichtung auf eine Trennwand getrieben, wo sie über den oberen Rand derselben in eine Sammelvorrichtung fließt. Es besteht die Gefahr, daß die Mittel zum Bewegen der Impulskörper bzw. die öffnungen für die Druckluft oder das Druckwasser im Lauf der Zeit verschmutzen, so daß eine ordnungsgemäße Beseitigung der Schmutzschicht nicht gewährleistet wird. Diese Nachteile des Standes der Technik sollen überwunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art so vorzugehen, daß die Schmutzschicht unter Einsatz von unempfindlichen Betätigungsmitteln entfernt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

ίο daß als Impulsgeber ein Schallgeber für Ultraschallwellen verwendet wird, daß die Ultraschallwellen so fokussiert werden, daß der gemeinsame Schnittbereich sämtlicher Ultraschallwellen nahe der Grenzfiäche zwischen der Wasseroberfläche und der Schmutzschicht liegt, daß der Schallgeber mit elektrischer Energie versorgt wird und daß kontinuierlich ein Teil der Schmutzschicht hochgeschleudert wird und anschließend in die Sammelvorrichtung gelangt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber am Boden eines Behälters angeordnet ist und so schräg auf eine Trennwand gerichtet ist, daß die Teile der Schmutzschicht im Bogen über den oberen Rand der Trennwand geschleudert werden und in die Sammelvorrichtung gelangen.

Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung so auszubilden, daß der Schallgeber an einem Bauteil befestigt ist. das an einem Schwimmer angeordnet ist, daß der Schallgeber senkrecht nach oben gerichtet ist und daß die Sammelvorrichtung aus einem Einlaßkopf mit einer Öffnung, einem Ablenker für die hochgeschleuderten Teile der Schmutzschicht und anschließenden Rohren besteht.
Durch das beanspruchte Verfahren und die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 2 und 3 wird der Vorteil erreicht, daß ohne weiteres eine Anpassung an unterschiedliche Schmutzschichten möglich ist, da sich die vom Schallgeber abgestrahlte Energie auf einfache Weise regulieren läßt. Außerdem ist sichergestellt, daß

■to nur die Schmutzschicht in die Sammelvorrichtung gelangen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgetnäß ausgebildeten Vorrichtungen sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 6.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung zum Entfernen von Schmutzstoffen im Wasser mittels Ultraschall,

so Fig.2 einen vergrößerten Schnitt eines Ultraschallfokussiergebers aus der Vorrichtung in F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform eines Schallgebers,
F i g. 4 einen vertikalen Schnitt durch einen anderen Schallgeber, der mit einer Fokussierlinse ausgestattet ist,

F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung, die besonders dafür bestimmt ist, bei der Entfernung von abgelassenem öl im Hafen verwendet zu werden, und

F i g. 6 einen vergrößerten senkrechten Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig.5, der Details der Vorrichtung zeigt, die an einem Behälter befestigt ist.
In den Zeichnungen kennzeichnet die Zahl 10 in

es Fig. 1 im allgemeinen eine vereinfachte Ausführungsforrn der vorliegenden Vorrichtung. Die Vorrichtung 10 in F i g. 1 enthält einen länglichen und oben offenen Behälter 12 mit einem Boden 13, in den ein Ablaßventil

14 eingepaßt ist. Ein Zuflußrohr 16 ragt über eine Seitenwand 17 des Behälters 12, um das Füllen mit einer Mischung aus Wasser und öl zu ermöglichen. Das Wasser wird mit 18 und das öl mit 19 bezeirhnet, wobei das öl aufgrund seines spezifischen Gewichtes auf der Wasseroberfläche schwimmt. Der Behälter besitzt eine Trennwand 20, auf deren anderen Seite sich eine Sammelvorrichtung 21 befindet, die wiederum einen Boden 22 aufweist, in dem ein Ablauf 23 vorgesehen ist Eine Seitenwand 24 der Sammelvorrichtung 21 wird nach oben drirch eine nach innen geneigte Spritzplatte 25 fortgesetzt

Die Vorrichtung 10 ist dafür bestimmt, einen größeren Teil des Öles von dem Wasser zu entfernen und enthält für diesen Zweck einen Schallgeber 30, für den der Behälter 12 eine geeignete Trageinrichtung darstellt Dieser Schallgeber 30, welcher in einer größeren Darstellung in Fig.2 im Detail gezeigt ist enthält einen hohlen Untersatz 32, auf welchem ein parabolisches Bauteil 33 befestigt ist Das Bauteil 33, welches eine konkave Arbeitsfläche 34 besitzt ist aus einem geeigneten piezoelektrischen oder elektrostriktiven Material hergestellt und ist durch eine Schalteinrichtung 35 elektrisch mit einer (nicht dargestellten) Wechselstromquelle verbunden. Eine solche Anordnung wird normalerweise als Ultraschallfokussierwandler bezeichnet und es sind zur Zeit einige derart geeignete Wandler im Handel erhältlich. Jede dieser verschiedenen geeigneten Typen von Schallgebern sind in der Lage, ihre erzeugten akustischen Wellen an einen vorherbestimmten Bereich zu fokussieren und dieser Schnittbereich ist bei der Verwendung des parabolischen Bauteils 33 angenähert eine Kugel, die in F i g. 1 mit 38 bezeichnet ist

Wenn die Vorrichtung 10 zum Trennen des Öls vom Wasser verwendet wird, wird das Wegfließen von dem Zuflußrohr 16 und dem Wasserabfluß von dem Behälter durch das Abflußventil 14 vorsichtig reguliert, um das Flüssigkeitsniveau in dem Behälter 12 beizubehalten, so daß der Schnittbereich 38 der Ultraschallwellen an der oberen Wasseroberfläche oder sehr nahe darunter beibehalten wird, oder die Abweichung davon zumindest sehr gering ist Der Schallgeber 30 wird mit Energie versorgt, um Ultraschallwellen zu erzeugen, und diese fokussierten Wellen bewirken, daß ein Teil des Öles 19 in Form eines Strahls 19/1 herausspritzt. Es hat sich gezeigt, daß dieser Strahl im wesentlichen zusammenhängend ist, da seine Basis kontinuierlich mit öl 19 versehen wird, welches auf der Wasseroberfläche schwimmt und das herausgeschleuderte Öl ergänzt. Der Strahl 19/4 ist durch den schräg angeordneten Schallgeber 30 so ausgerichtet, daß er im Bogen über die Trennwand 20 geschleudert wird und in die Sammelvorrichtung 21 gelangt um danach durch den Ablauf 23 entfernt zu werden. In dem Strahl 19/4 kann sich ein relativ kleiner Wasseranteil befinden, im wesentlichen wenn der Behälter überfüllt ist, so daß der Schnittbereich 38 der Ultraschallwellen etwas unterhalb des Zwischenraumes zwischen den beiden Flüssigkeiten angeordnet ist, aber dennoch erreicht die Vorrichtung to 10 ein vernünftiges Maß einer Trennung.

Als Schmutzstoff wurde bis jetzt Öl beschrieben, welches eine wesentliche Wasserverunreinigung darstellt, aber es können auch andere Materialien unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung vom Wasser getrennt werden. So kann z. B. als ein spezielles Material Sägemehl auf diese Art von der Wasseroberfläche aus dem Behälter herausgeschleudert werden.

In der schematischen F i g. 3 ist ein Schallgeber 42 für Ultraschall gezeigt der ein gestrichelt dargestelltes, längliches Bauteil 44 enthält, um eine im wesentlichen halbzylindrische Abstrahlfläche 45 zu bilden, um wiederum Schnittbereich 47 zu bilden, welcher eine im wesentlichen zylindrische Form hat Solch ein Schallgeber 42 wird gebraucht um flächenförmigen Strahl aus öl zu erzeugen, welcher in Fig.3 mit 48 bezeichnet ist wodurch die Schmutzschicht schneller entfernt werden kann, als dies beim Herausschleudern in der Form eines normalen Strahls möglich ist

Die Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines flach ausgebildeten Schallgebers, welcher imstande ist, Ultraschallwellen mit einer Intensität zu erzeugen und zu fokussieren, daß es mittels der vorliegenden Erfindung möglich ist öl zu behandeln, welches ziemlich schwer und viskos ist Das Bezugszeichen 50 in F i g. 4 bezeichnet im allgemeinen einen Schallgeber, welcher ein schalenförmig tragendes Unterteil 52 enthält, wobei dieses Unterteil mit Drehzapfen 53 versehen ist die in Lagerblöcken 54 gehalten werden. Das Unterteil 52 hat einen Boden 55, an welchem ein keramischer oder magnetastriktiver piezoelektrischer Kristall 56 befestigt ist Eine Leitung 58 verbindet den Kristall 56 mit einer Wechselstromquelle.

Das Unterteil 52 paßt zu einer Linse 60, die eine zentrale öffnung 61 aufweist Die oberste Fläche der Linse 60 ist abgestuft um entweder konzentrische Ringe oder Stufen 62 vorzusehen. Eine jede Stufe beträgt in der Höhe eine halbe Wellenlänge, um eine maximale Übertragung der Schallwellen zu erreichen. Der gemeinsame Schnittbereich der von allen konzentrischen Stufen 62 ausgehenden Ultraschallwellen ist in F i g. 4 mit 64 bezeichnet

Der Schallgeber 50 kann z. B. in der gleichen Art und in einer ähnlichen Anordnung wie die Vorrichtung 30 aus der F i g. 1 verwendet werden, aber besonders dort, wo dickes und vielleicht kaltes öl die Wasseroberfläche verschmutzt Da der Schallgeber 50 schwenkbar befestigt ist, kann er schräg gestellt werden, in einen optimal berechneten Winkel, damit der Bereich 64 auf oder direkt unterhalb der Wasseroberfläche gelangt und passend zu der Trennwand aufgestellt wird. Wenn dem Kristall 56 Energie zugeführt wird, werden hochfrequente Ultraschallwellen erzeugt und auf den Bereich 64 hin fokussiert, wobei eine Kraft entwickelt wird, die sogar ausreicht schweres öl in einem Strahl herauszuspritzen, wie es vorher beschrieben worden ist.

Am meisten wird öl, welches gereinigt werden muß, in Häfen oder in Küstengewässern abgelassen und daher ist die vorliegende Vorrichtung an einem Schiff 70 angebracht (vgl. F i g. 5). Das Schiff 70 kann durch einen Motor 72 angetrieben werden, es kann aber auch durch einen Schlepper od. dgl. über das Wasser geschoben oder gezogen werden. In jedem Fall hat das Achterschiff des Schiffes 70 einen Sammelbehälter 74, und es ist so unterteilt, um nach vorne auseinandergehende Einsammelarme 75 auszubilden, welche zum Teil einen großen Fangraum 76 begrenzen.

Ein Schwimmer 80 ist an dem Schiff 70 so befestigt, daß er das innerste Ende des Fangraums 76 füllt. Dieser Schwimmer, welcher in F i g. 6 in einer größeren Darc'ellung gezeigt ist, ist ein hohles, ringförmiges Bauelement, welches gegen das Schiff 70 derart gesichert ist, daß es gegen eine senkrechte Bewegung von diesem unabhängig ist. Zur Erreichung einer derartigen Relativbewegung ist die Seite des Schwimmers 80 mit daran herum in einem Abstand aneeordne-

ten Gleitlagern 82 versehen, die seitlich von senkrechten Führungen B3 gehalten sind, die an den benachbarten Teilen des Schiffes 70 befestigt sind. Der Auftrieb des Schwimmers 80 kann verändert werden, z. B. mittels einer Handpumpe 85 od.dgl. (vgl Fig.5), durch die Wasser in den Schwimmer 70 aus dem Inneren des Schwimmers 80 herausgefördert werden kann.

Der ringförmige Schwimmer 80 besitzt eine zentrale Öffnung 87, in deren Mittelpunkt ein Bauteil 90 angeordnet ist, das durch radial verlaufende Arme 88 am Schwimmer 80 gehalten ist. Das Bauteil 90 enthält ein schalenförmiges Gehäuse 92, dessen Außenfläche mit Kühlrippen 93 versehen ist. Ein flexibles Diaphragma 94 bedeckt das Oberteil des Gehäuses 92, um darin eine bestimmte Menge an Rizinus- oder Siiiconöi 95 zurückzuhalten. Das Gehäuse 92 enthält auch einen Schallgeber 96 für Ultraschallwellen, welcher vollständig in das öl eingetaucht ist. Eine elektrische Leitung 97 verbindet den Schallgeber 96 mit einer (nicht gezeigten) Wechselstromquelle an Bord des Schiffes 70.

Zum Bauteil 90 gehört ferner eine Sammelvorrichtung 100, die aus einer Anzahl von Rohren 102 besteht, welche nach oben über das Gehäuse 92 hinaus zusammenlaufen, um einen Einlaßkopf 105 zu tragen. Der Kopf 105 enthält ein Becken 106, welches eine zentrale Öffnung 107 besitzt. Ein Ablenker 108 erstreckt sich über die Öffnung 107, um mit dem Becken 106 einen Zwischenraum 109 zu begrenzen, welcher in Verbindung mit den Rohren 102 steht. Beide Rohre 102 sind an ihrem unteren Ende mit einem flexiblen Schlauch 112 verbunden, welcher zu einer Pumpeinrichtung 114 führt, die an der Unterseite des Schwimmers 80 befestigt ist. Von der Pumpeinrichtung ί 14 führt ein Schlauch 118 zu dem Sammelbehälter 74 an Bord des Schiffes 70.

Während des Betriebes ist bis auf den Einlaßkopf 105 der Schwimmer 80 im Wasser eingetaucht, wie es in Fig.6 gezeigt ist. Das im Schwimmer befindliche Wasser dient als Ballast, damit sich der Ort des Schnittbereiches 120 der Schallwellen an oder vorzugsweise direkt unterhalb der Wasseroberfläche 121 befindet, auf welcher eine ölschicht 122 schwimmt. Das Schiff 70 wird nach vorne durch den Bereich der Ölschicht bewegt, um das öl in den Fangraum 76 und

ίο über das Oberteil des Schwimmers 80 gelangen zu lassen. Dem Schallgeber 96 wird Energie zugeführt, um eine Ultraschallkraft in dem Bereich 120 zu bilden, um öl als einen Strahl durch die düsenförmige Öffnung 107 des Kopfes 105 zu befördern. Dieser Strahl prallt gegen

ii einen Ablenker ion und wird zunächst seitlich und dann nach unten umgelenkt, um den Zwischenraum 109 auszufüllen, bevor es in die Rohre 102 fließt.

Es spielt keine Rolle, wenn das öl dick und wenig beweglich ist, z. B. wenn es eine geringe Temperatur aufweist, da der Schallgeber 96 genügend Hitze erzeugt, um die eingedickte Flüssigkeit durch die Sammelvorrichtung 100 hindurchzubewegen.

Dem beschriebenen Bauteil 90 kann auch ein Schallgeber zugeordnet werden, wie es in F i g. 3 gezeigt

2·) ist. Eine derartige Vorrichtung erfordert lediglich, daß der Einlaßkopf leicht verändert wird, damit ein flächenförmiger Strahl aus Öl, wie er in F i g. 3 durch die Ziffer 48 bezeichnet ist, hindurchtreten kann. Alternativ kann eine Anordnung von Schallgebern 50 verwendet

jo werden, bei der die akustischen Wellen durch die Anordnung der Linsen 60, die alle an einem einzigen Ort angeordnet sind, fokussiert werden, um eine sehr starke Kraft auszuüben, die in der Lage ist, ein besonderes verschmutzendes Material herauszuspritzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht, bei dem ein unterhalb der Wasseroberfläche angeordneter Impulsgeber die Schmutzschicht so bewegt, daß sie in eine Sammelvorrichtung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß aus Impulsgeber ein Schallgeber für Ultraschallwellen verwendet wird, daß die Ultraschallwellen so fokussiert werden, daß der gemeinsame Schnittbereich sämtlicher Ultraschallwellen nahe der Grenzfiäche zwischen der Wasseroberfläche und der Schmutzschicht liegt, daß der Schallgeber mit elektrischer Energie versorgt wird und daß kontinuierlich ein Teil der Schmutzschicht hochgeschleudert wird und anschließend in die Sammelvorrichtung gelangt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber (30, 45, 50) am Boden (13) eines Behälters (12) angeordnet ist und so schräg auf eine Trennwand (20) gerichtet ist, daß die Teile der Schmutzschicht im Bogen über den oberen Rand der Trennwand (20) geschleudert werden und in die Sammelvorrichtung (21) gelangen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber (96) an einem Bauteil (90) befestigt ist, das an einem Schwimmer (80) angeordnet ist, daß der Schallgeber (42, 50, 96) senkrecht nach oben gerichtet ist und daß die Sammelvorrichtung (100) aus einem Einlaßkopf (105) mit einer öffnung (107), einem Ablenker (108) für die hochgeschleuderten Teile der Schmutzschicht und anschließenden Rohren (102) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einem Schiff (70) angeordnet ist, auf dem sich eine Anlage zur Erzeugung von Wechselstrom befindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pumpeinrichtung zum Weiterleiten des Öles von der Sammelvorrichtung (100) zu einem Sammelbehälter (74) auf weis t.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (80) eine Handpumpe (85) zum Fluten und Lenzen desselben aufweist und am Schiff (70) vertikal bewegbar geführt ist.