DE2641830C3 - Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Schmutzschicht - Google Patents
Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen einer auf einer Wasseroberfläche schwimmenden SchmutzschichtInfo
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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 Richtung auf eine Trennwand getrieben, wo sie über den oberen
Rand derselben in tine 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
derTechnik sollen überwunden werden.
eingangs beschriebenen Art so vorzugehen, daß die
in daß als Impulsgeber ein Schallgeber für Ultraschallwellen verwendet wird, daß die Ultraschallwellen so
fokussiert werden, daß der gemeinsame Schnittbereich sämtlicher Ultraschallwellen nahe der Grenzfläche
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
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 Sammelvor
richtung gelangen.
Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung so auszubilden, daß der Schallgeber an einem Bauteil
befestigt ist, das an eisern Schwimmer angeordnet ist daß der Schallgeber senkrecht nach oben gerichtet ist
H) und daß die Sammelvorrichtung aus einem Einlaßkopf
mit einer Öffnung, einem Ablenker für die hochgeschleuderten Teile der Schmutzschicht und anschließenden Rohren besteht.
tungen 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
nur die Schmutzschicht in die Sammelvorrichtung gelangen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäß 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,
F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Ultraschallfokussiergebers aus der Vorrichtung in F i g. 1.
Fig.3 eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform eines Schallgebers,
Pig.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 befesiigi ist.
<>'> F i g. I im allgemeinen eine vereinfachte Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung. Die Vorrichtung 10
in Fig. 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 bezeichnet, wobei
das öl aufgrund seines spezifischen Gewichtes auf der ί 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 κι nach oben durch 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 F i g. 2 im Detail gezeigt ist,
enthält einen hohlen Untersatz 32, auf welchem ein parabolisches Bauteil 33 befestigt ist. Das Bauteil 33, >u
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 Uluaschallfokussierwandler
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 jo
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 η
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 19/4 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 w
Strahl I9/t 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 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 h5
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 seherrmtischeri 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 F i g, 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 kc-umischer oder
magnetastriktivei· piezoelektrischer KrisiaL' 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 erweichen. 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 werdei,. 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 Kiistcngewässern 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 v/erden, es kann aber auch durch einen Schlepper od. dgl. Ober das Wasser geschoben
oder «trogen werden. In jedem Fall hat das
Achterschiff des Schiffes 70 einen Sammelbehälter 74, und es ist so unterteil;, 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 Lnde des Fangraums 76 füllt. Dieser
Schwimmer, welcher in Fig.6 in einer größeren Darstellung gezeigt ist, ist ein hohles, ringförmiges
Bauelement, welches gegen das Schifl 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 angeordnc-
ten Gleitlagern 82 versehen, die seitlich von senkrechten
Führungen 83 gehalten sind, die an den benachbarten Teilen des Schiffes 70 befestigt sind. Der Auftrieb des
.Schwimmers 80 kann verändert werden. /. B. mittels einer Handpumpe 85 od. dgl. (vgl F i g. 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 i(
Schwimmer 80 gehalten ist. Das Bauteil 90 enthält ein schalenformiges Gehäuse 92. dessen Außenfläche mit
Kühlrippen 93 versehen ist. Kin flexibles Diaphragma 94 bedeckt das Oberteil des Gehäuses 92. um darin eine
bestimmte Menge an Rizinus· oder Siliconöl 95 !
zurückzuhalten. Das Gehäuse 92 enthält auch einen Schallgeber 96 für Ultraschallwellen, welcher vollständig
in das Öl eingetaucht ist. [line elektrische Leitung 97 verbindet den Schallgeber 96 mil einer (nicht gezeigten)
Wprhsi'lommniipllp an Hiinl ilc<· Sphiffp« 70 -'
/um Bauteil 90 gehört ferner eine Sammelvorrichtung 100. die aus einer Anzahl von Rohren 102 besteht,
welch«.· nach oben über das Gehäuse 92 hinaus zusammenlaufen, um einen Finlaßkopf 105 zu tragen.
Der Kopf 105 enthält ein Becken 106. welches eine '
zentrale Öffnung 107 besitzt. Hin 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 stellt. Beide Rohre 102 sind an
ihrem unteren Fndc mit einem flexiblen Schlauch 112 !'
verbunden, welcher zu einer l'umpeinrichtung 114 führt,
die an der Unterseite des Schwimmers 80 befestigt ist. Von der l'umpeinrichtung 114 führt ein Schlauch 118 /u
dem Sammelbehälter 74 an Bord des Schiffes 70.
Während des Betriebes ist bis auf den F.inlaßkopf 105
der Schwimmer 80 im Wasser eingetaucht, wie es in Fig. b 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
über das Oberteil des Schwimmers 80 gelangen zu lassen. Dem Schallgeber 96 wird Energie zugeführt, um
eine Ultraschallkrafl 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 einen Ablenker 108 und wird zunächst seitlich und dann
nach unten umgelenkt, um den Zwischenraum 109
auszufüllen, bevor es in die Rohre 102 fließt.
Ils spielt keine Rolle, wenn das Öl dick und wenig
beweglich ist. z.B. wenn es eine geringe Temperatur aufweist, da der Schallgeber 96 genügend I litze erzeugt
um die eingedickte Flüssigkeit durch die Sammelvorrichtung 100 hindurchzubewegen.
Dem beschriebenen Bauteil 90 kann auch ein Schallgeber zugeordnet werden, wie es in I ι g. i gezeigt
ist. Fine derartige Vorrichtung erfordert lediglich, daß
der Finlaßkopf leicht verändert wird, damit ein flächenförmiger Strahl aus Öl. wie er in F i g. 5 durch die
Ziffer 4Λ bezeichnet ist. hindurchtreten kann. Alternativ
kann c ii·' Anordnung von Schaügebcrn 50 verwendet
werdet, bei der die akustischen Wellen durch die Anordnung der Linsen 60. die alle an einem einzigen Ort
angeordnet sind, fokussiert werden, um eine sein starke
Kraft auszuüben, die in der Lage ist. ein besonderes
verschmutzendes Material lierauszuspritzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
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 als Impulsgeber ein Schallgeber für Ultraschallwellen verwendet wird, daß die Ultraschallwellen so fokussiert
werden, daß der gemeinsame Schnittbereich sämtlicher Ultraschallwellen nahe der Grenzfläche 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 Schmuizsahicht »./d 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 öies von der Sammelvorrichtung
(100) zu einem Sammelbehälter (74) aufweist
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.
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