DE69628305T2

DE69628305T2 - Verfahren und vorrichtung zum abschöpfen einer schwimmenden oberflächenschicht einer wasseroberfläche

Info

Publication number: DE69628305T2
Application number: DE69628305T
Authority: DE
Inventors: Stig Lundbäck
Original assignee: Surfcleaner AB
Current assignee: Surfcleaner AB
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2016-08-15
Also published as: TR199800218T1; CA2229372C; EP0845065A1; EE9800039A; MX9801162A; JP3828935B2; NO980609D0; AU6760296A; NO980609L; DE69628305D1; CA2229372A1; CN1193365A; ATE241046T1; ES2197244T3; CN1052521C; EP0845065B1; WO1997007292A1; PL324879A1; JPH11511216A; KR19990036442A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Abschöpfen einer Oberflächenschicht von einem Wasserkörper wie etwa auf das Wiedergewinnen von Öl, das auf dem Wasser schwimmt. Die Erfindung wird mit besonderem Bezug auf die zuletzt erwähnte Anwendung beschrieben, sie ist jedoch ebenfalls für das Wiedergewinnen anderer Materialien als Öl nützlich.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik, die die Bereitstellung eines überfluteten Sammelfaches in dem Wasserkörper umfaßt, das eine Zuflußöffnung besitzt, die durch ein Abschöpfwehr definiert ist, dessen Krone sich an der Wasseroberfläche befindet. Das Abschöpfwehr wird veranlaßt, eine Überlaufposition in bezug auf die Wasseroberfläche einzunehmen, und gleichzeitig wird Wasser aus einem unteren Abschnitt des Sammelfaches entleert. Über das Abschöpfwehr fließendes Öl und Wasser füllen das Sammelfach an seinem oberen Ende wieder auf. Der Zufluß des Öls wird durch das Steuern der Position des Abschöpfwehrs in bezug auf die Wasseroberfläche und durch das Steuern des Entleerens des Wassers aus dem unteren Abschnitt des Sammelfaches gesteuert.
In dem Sammelfach bildet das Öl aufgrund seiner niedrigeren Dichte in Bezug auf das Wasser eine Ölschicht über dem darunterliegenden Wasser.
Das in dem Sammelfach gesammelte Öl kann auf verschiedene Weise entfernt werden. Es kann z. B. diskontinuierlich oder kontinuierlich zu einem geeigneten größeren Lagergefäß oder behälter gepumpt werden.
DE-B-20 30 209 und SU-A-897935 offenbaren Vorrichtungen und Verfahren, die als repräsentative Beispiele des obenbeschriebenen Standes der Technik angesehen werden können.
Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die Verwirklichung des obenbeschriebenen Verfahrens zu schaffen.
Die Merkmale der Erfindung sind in der beigefügten schematischen Zeichnung gezeigt und werden unten mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung beschrieben.
1 bis 3 zeigen schematisch eine Abschöpfvorrichtung der Erfindung in verschiedenen Stellungen in einem Wasserkörper an der Oberfläche, in dem eine Schicht des wiederzugewinnenden Öls schwimmt;
1A und 2A sind Ansichten, ähnlich zu 1 bzw. 2, die eine Abwandlung der Abschöpfvorrichtung zeigen;
4 bis 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Ölaufsaugvor richtung gemäß der Erfindung.
Wie schematisch in 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt die Abschöpfvorrichtung gemäß der Erfindung ein Sammelgefäß 11, dessen Seitenwand einen senkrechten, im allgemeinen zylindrischen unteren Teil 12 und ebenso einen senkrechten, im allgemeinen zylindrischen oberen Teil 13 beinhaltet, der in dem unteren Teil ausziehbar beweglich ist. Das untere Ende des oberen Teils ist mit einen nach außen gerichteten ringförmigen Flansch 14, in dichten Eingriff mit dem Inneren des unteren Teils 12, versehen, und das obere Ende ist mit einem ringförmigen Auftriebskörper 15 versehen. Eine Bodenwand 16 des Sammelgefäßes 11 hat eine mittige Öffnung 17, durch die eine Pumpe 18 Wasser in das nach oben offene Sammelfach A und aus dem nach oben offenen Sammelfach A, das von dem Sammelgefäß gebildet wird, pumpen kann.
Eine waagerechte Abdeckplatte 19 mit einer mittigen Öffnung 20 ist dem Sammelgefäß 11 zugeordnet. Die Abdeckplatte 19 ist mit dem unteren Gefäßteil 12 durch die Unterstützungselemente 19A, die durch die dünnen Linien in 1 bis 3 angedeutet sind, starr verbunden.
Ein nur teilweise gezeigter Sammelbehälter 21 ist dichtend mit der Abdeckplatte 19 verbunden, so daß ein Einlaßabschnitt 21A des Behälters direkt über der Öffnung 20 der Abdeckplatte positioniert ist. Der Sammelbehälter 21 kann z. B. ein schwimmender rohrförmiger "Tank" aus einer biegsamen dünnen Folie oder aus einem Feinblech sein und in einer zu beschreibenden Art und Weise dazu dienen, Öl aufzunehmen, das vom Sammelgefäß 11 übergeleitet wird. Ein Dichtungsring 22, der um die Öffnung 20 positioniert ist, schafft eine Dichtung zwischen dem Sammelbehälter 21 und der Abdeckplatte 19.
Ein zweiter ringförmiger Auftriebskörper 23, der innerhalb des zuerst erwähnten Auftriebskörpers 15 und im wesentlichen konzentrisch mit diesem positioniert ist sowie eine daran gebundene ringförmige Schürze 24 hat, ist ebenfalls dem Sammelbehälter 11 zugeordnet. Wie in 1 bis 3 gezeigt ist, ist diese ringförmige Schürze 24, die eine gewisse Elastizität aufweisen kann, mit dem verengten Ende kegelstumpfförmig nach unten gerichtet, wobei sie jedoch andere Formen haben kann.
Der zweite Auftriebskörper 23 ist an dem ersten Auftriebskörper 15 mittels einer Anzahl von radialen Laschen oder anderen biegsamen Verbindungselementen 25 befestigt, so daß er in bezug auf den ersten Auftriebskörper 15 im wesentlichen frei nach oben und unten beweglich ist. Eine Flüssigkeit kann durch den ringförmigen Spalt R zwischen den zwei Auftriebskörpern 15 und 23 durchfließen, ohne durch die Verbindungselemente 25 wesentlich behindert zu werden, weil diese nur einen kleinen Teil des Spalts abdecken.
Die Abschöpfvorrichtung umfaßt neben dem obenbeschriebenen Sammelgefäß 11 mit dessen dazugehörenden Komponenten eine Anzahl von z. B. drei Auftriebskörpern, die nachstehend als Stabilisatorkörper und mit 26 bezeichnet sind, die vom Sammelgefäß 11 nach außen hin beabstandet und starr mit dem unteren Teil 12 des Sammelgefäßes verbunden sind. Diese Stabilisatorkörper 26 haben solch einen Auftrieb, daß sie in der Gleichgewichtsposition, die in 1 gezeigt ist, in der das Sammelgefäß 11 im wesentlichen vollständig mit Wasser gefüllt ist, über die Wasseroberfläche überstehen. In der Draufsicht gibt es einen Durchfluß zwischen den Stabilisatorkörpern 26, entlang dessen ein ungehindertes Fließen aus dem die Vorrichtung umgebenden Wasserkörper in den obersten Abschnitt des Sammelfaches A möglich ist.
Jeder Stabilisatorkörper 26 hat die Form eines verkehrt herum gedrehten zylindrischen Bechers, dessen oberster Teil geschlossen ist und einen Auftriebsblock 27 aus einem leichten Material wie etwa Schaumstoff auf Kunststoffbasis enthält, während das untere, eingetauchte Ende offen ist. Die Stabilisatorkörper sind so angeordnet, daß sich der Raum B unter dem Auftriebskörper 27 mit Wasser füllt, wenn die Abschöpfvorrichtung in das Wasser gesetzt wird. Ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Sperrventil im Stabilisatorkörper erleichtert dadurch die Füllung dieses Raumes mit Wasser, daß es bei Öffnung der dort eingeschlossen Luft erlaubt, zu entweichen, während es sich schließt, wenn sich ein Unterdruck entwickelt.
Wenn die Abschöpfvorrichtung für das Wiedergewinnen von Öl verwendet werden soll, wird sie in den Wasserkörper gesetzt, von dem das Öl wiedergewonnen werden soll. In 1 wird die Vorrichtung in einem inaktiven Zustand gezeigt, nämlich in einer Position, in der das Sammelgefäß 11 durch die Öffnung 17 der unteren Wand mit Wasser gefüllt worden ist und in welcher der Auftriebskörper 15 an dem oberen Teil 13 des Sammelgefäßes dichtend mit der Abdeckplatte 19 in Eingriff steht.
In dieser Position wird die Pumpe 18 gestartet, um das Wasser aus dem Sammelgefäß 11 durch die Öffnung 17 nach unten zu pumpen. Die Entleerung des Wassers nach unten senkt den Wasserstand in dem Sammelgefäß 11, so daß innerhalb des Auftriebskörpers 15 eine Wassersenke gebildet wird. Dementspre chend wird ein Unterschied der Wasserpegel innerhalb und außerhalb des Auftriebskörpers 15 geschaffen.
Der somit geschaffene Unterschied in den Flüssigkeitspegeln des Sammelgefäßes 11 und des das Sammelgefäß umgebenden Wasserkörpers beeinflußt folglich den oberen Teil 13 des Sammelgefäßes in zweifacher Hinsicht.
Erstens wird die Auftriebskraft, die dazu tendiert, den Auftriebskörper 15 zu heben, leicht reduziert, weil das von dem Auftriebskörper verdrängte Flüssigkeitsvolumen im Verhältnis zum Unterschied zwischen den Pegeln reduziert ist; der Teil der Auftriebskraft, der sich aus dem teilweisen Eintauchen des Auftriebskörpers in die Flüssigkeit in dem Sammelgefäß ergibt, ist als Folge der Senkung des Flüssigkeitspegels im Sammelgefäß reduziert.
Zweitens wird der Kopf- oder hydrostatische Druck, der auf die obere Seite des Flansches 14 des oberen Teiles 13 des Sammelgefäßes wirkt, größer als der Kopf- oder hydrostatische Druck, der auf die untere Seite wirkt. Dementsprechend werden der Flansch 14 und dadurch der gesamte obere Gefäßteil 13 einer resultierenden nach unten gerichteten Kraft unterworfen.
Als Folge wird der obere Teil 13 des Sammelgefäßes 11 in bezug auf den unteren Teil 12 nach unten verschoben. Obwohl die Auftriebskraft, die an dem Teil des Auftriebskörpers 15 wirkt, der in den Wasserkörper außerhalb des oberen Teiles 13 des Sammelgefäßes eintaucht, leicht zunimmt, nimmt der Auftriebskörper 15, wenn ein gewisser Unterschied zwischen den Pegeln erreicht worden ist, eine unterhalb der Oberfläche des Wasserkörpers völlig eingetauchte Position ein, so daß die Öl-Wasser-Oberflächenschicht des Wasserkörpers über die Krone K des Abschöpfwehrs, die von dem Auftriebskörper 15 gebildet wird, in das Sammelgefäß 11 fließt.
Die Flüssigkeit, Öl und Wasser, die am Auftriebskörper 15 überläuft, wird in dem Sammelfach A durch den inneren zweiten Auftriebskörper 23 und seine Schürze 24 nach unten abgelenkt. Weil die Querschnittsfläche der Durchflußöffnung nach unten zunimmt, nimmt die Geschwindigkeit der nach unten fließenden Flüssigkeit rasch ab und erlaubt dadurch dem leichteren Öl, unter der unteren Kante der Schürze 24 durchzufließen und sich an der Oberfläche des Raumes S, der innerhalb des Auftriebskörpers 23 und seiner Schürze 24 definiert ist, anzusammeln. Dies ist in 2 gezeigt. Natürlich kann sich das Öl ebenfalls in dem ringförmigen Raum R zwischen den Auftriebskörpern 15 und 23 sammeln.
Der Raum S innerhalb des Auftriebskörpers 23 und seiner Schürze 24 bildet eine beruhigende oder stabilisierende Zone, in der das Öl ohne eine von der radial nach innen über den Auftriebskörper 15 fließenden Flüssigkeit verursachte Störung eine zusammenhängende Schicht bilden kann. Das Auspumpen des Wassers aus dem unteren Ende des Sammelgefäßes 11 und die resultierende Verringerung des Wasservolumens darin führen zu einer Verringerung des Gesamtgewichts der mit Wasser gefüllten Abschöpfvorrichtung. Als eine Folge neigen die Stabilisatorkörper 26 dazu, die gesamte Abschöpfvorrichtung in eine etwas höhere Höhenlage anzuheben. Als eine Folge der Tatsache, daß die in den unteren Abschnitten B der Stabilisatorkörper 26 unterbrachten Wasservolumina mit diesen Körpern verbunden bleiben und somit ebenfalls angehoben werden und deshalb als zusätzliche Gewichte wirken, die sich zum Gesamtgewicht der Abschöpfvorrichtung addieren, wird diesem Anheben jedoch entgegengewirkt.
Das Zusammenspiel zwischen den Kräften, die auf diese Art einerseits auf den oberen Gefäßteil 13, der in der senkrechten Richtung in bezug auf den unteren Teil 12 und die damit starr verbundenen Elemente leicht beweglich ist, und andererseits auf die Abschöpfvorrichtung in ihrer Gesamtheit wirken, schafft eine feinstufige und schnelle Selbstregelung der Höhe des Auftriebskörpers 15 und somit der Krone K des Abschöpfwehrs, was zu einer schnellen Anpassung des Zufließens der Flüssigkeit in das Sammelgefäß an das Abfließen daraus führt. Wenn in einem gegebenen Moment der Zufluß in das Sammelgefäß in bezug auf den Abfluß zu schnell sein sollte, wird der Unterschied der Pegel (oder genauer der hydrostatischen Druckdifferenz) zwischen der Flüssigkeit in dem Sammelgefäß und dem umgebenden Flüssigkeitskörper reduziert, so daß der Auftriebskörper 15 angehoben wird und den Zufluß reduziert. Wenn statt dessen der Abfluß in bezug auf den Zufluß zu schnell ist, wird der Auftriebskörper 15 tiefer eingetaucht, um den Zufluß zu steigern.
Als eine Folge der freien senkrechten Beweglichkeit des leicht beweglichen oberen Gefäßteiles 13 mit dem vom Auftriebskörper 15 gebildeten Abschöpfwehr, verglichen mit dem schwer beweglichen übrigen Teil der Abschöpfvorrichtung einschließlich der in dem Sammelgefäß 11 und in dem Stabilisatorkörper 26 untergebrachten Wasservolumina, ist die Kronenhöhe K des Abschöpfwehrs in Abhängigkeit von den Pegeländerungen des umgebenden Wasserkörpers und der Flüssigkeit in dem Sammelgefäß sehr feinstufig selbstregelnd.
Nachdem die Vorrichtung kürzere oder längere Zeit gelaufen ist, um Öl in dem Sammelfach zu sammeln, wird die Pumpe 18 umgekehrt, um Wasser von unten in das Sammelgefäß 11 zu pumpen. Der steigende Flüssigkeitspegel in dem Sammelgefäß veranlaßt anschließend die Auftriebskörper 15 und 23, mit der Unterseite der Abdeckplatte 19 in Eingriff zu gelangen. Der erste Auftriebskörper 15 dient als ein Abstellventil zwischen dem Inneren des Sammelgefäßes 11 und dem umgebenden Flüssigkeitskörper. Wegen des gestiegenen Wasservolumens in dem Sammelgefäß wird sich die gesamte Abschöpfvorrichtung in dem Wasserkörper anfangs nach unten bewegen, jedoch wirkt die steigende Auftriebskraft an den Stabilisatorkörpern 26, die sich aus ihrer Bewegung nach unten ergibt, der fortgesetzten Bewegung nach unten entgegen. Die oberste Flüssigkeitsschicht in dem Sammelgefäß, d. h. die Ölschicht in dem Raum S innerhalb des zweiten Auftriebskörpers 23 und seiner Schürze 24, wird durch die Öffnung 20 der Abdeckplatte und durch den Behälter-Einlaufabschnitt 21A und durch den dazugehörenden Dichtungsring 22 in den Sammelbehälter 21, der in dem umgebenden Wasserkörper schwimmt, gezwungen. Dies ist in 3 gezeigt.
Die Entfernung der leichten obersten Flüssigkeitsschicht in den Sammelbehälter 2i durch die Einleitung einer verdrängenden schwereren Flüssigkeit von unten in das Sammelfach A kann in einem einzelnen kontinuierlichen Schritt erfolgen. Jedoch kann die Entfernung ebenfalls diskontinuierlich in einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durch die vorübergehende Unterbrechung der Einleitung der verdrängenden Flüssigkeit erfolgen. Während der Unterbrechungen oder Stillstandszeiten, wenn kein wesentliches Fließen in das Sammelfach A oder aus dem Sammelfach A erfolgt, können Öltröpfchen oder Ölklumpen gleichmäßig an die Oberfläche in den Raum S wandern.
Nach Abschluß der Überleitung des Öls zum Sammelbehälter 21 kann die Pumpe 18 wieder umgekehrt werden, so daß der obenbeschriebene Vorgang wiederholt werden kann. Die Abdeckplatte 19 und dementsprechend der Einlaßabschnitt 21A des Sammelbehälters 21 werden die in 2 gezeigte erhöhte Position wiederaufnehmen, so daß das entgegengesetzte Fließen der Inhalte in dem Sammelbehälter durch die Öffnung 20 der Abdeckplatte vermieden wird.
Der Rückfluß des Öls von dem Sammelbehälter 21 in das Sammelgefäß kann mit geeignetem Ventilmitteln, die dem Behälter zugeordnet sind, verhindert werden.
Das Wechseln von der Ansammlung des Öls im Sammelgefäß 11, wie in 2 gezeigt ist, zur Überleitung des angesammelten Öls in den Sammelbehälter 21, wie in 3 gezeigt ist, und ebenfalls das Zurückwechseln in den Ansamm lungsbetrieb können auf verschiedene Weise und bei Verwendung verschiedener Mittel erfolgen. Die Höhe oder die Dicke der angesammelten Ölschicht können z. B. durch das Überwachen des Energieverbrauchs des Motors, der die Pumpe 18 antreibt, festgestellt werden, und das Wechseln in den Überleitungsbetrieb kann automatisch in Reaktion auf das Erkennen einer gegebenen Höhe der Schicht erfolgen. Das Zurückwechseln in den Ansammlungsbetrieb, wie in 2 gezeigt ist, kann ebenfalls automatisch in Abhängigkeit von dem Energieverbrauch der Motorpumpe erfolgen.
1 bis 3 sollen in erster Linie die Prinzipien des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigen, statt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu zeigen. Es wird aber angemerkt, daß es innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich ist, von dem, was in 1 bis 3 gezeigt ist, abzuweichen. Die Übertragung des Öls (oder des schwimmenden Schmutzstoffes oder des anderen Materials, das wiederzugewinnen ist) aus dem Sammelgefäß kann z. B. mehr oder weniger ununterbrochen durch Verwenden einer getrennten Pumpvorrichtung erfolgen, deren Einlaß in der angesammelten Ölschicht positioniert ist. Außerdem muß das Sammelgefäß 11, das in bezug auf seine Höhe und daher in bezug auf sein Fassungsvermögen variabel ist, nicht unbedingt zylindrisch sein oder zwei getrennte Teile umfassen, wie in 1 bis 3 gezeigt ist.
1A und 2A zeigen zusätzliche Auftriebskörper 28, die in mit Abstand verteilten Positionen um den ersten Auftriebskörper 15 und radial von diesem nach außen vorgesehen sind.
Diese zusätzlichen Auftriebskörper 28, die mit ausreichendem Abstand verteilt sind, um das radiale Zufließen von dem umgebenden Flüssigkeitskörper in das Sammelgefäß 11 nur minimal zu behindern, sind an dem oberen Teil 12 des Sammelgefäßes (oder direkt an dem Auftriebskörper 15) durch Kabel oder andere geeignete Mittel befestigt, wie mit den gestrichelten Linien bei 29 in 1A gezeigt ist.
Die Befestigung der Auftriebskörper 28 und ihre Form sind so gewählt, daß die zusätzlichen Auftriebskörper während des normalen Betriebs, wie er erwartet werden kann, wenn die Wasseroberfläche ziemlich glatt ist, nur leicht oder überhaupt nicht in das Wasser eintauchen, so daß sie keine bedeutende Kraft nach oben auf den oberen Teil des Sammelgefäßes ausüben.
Mit anderen Worten haben die zusätzlichen Auftriebskörper 28 während des normalen Betriebs der Abschöpfvorrichtung keinen bedeutenden Einfluß auf die Kronenhöhe K des Abschöpfwehrs.
Wenn jedoch eine plötzliche Erhöhung des Pegels der Wasseroberfläche in der Nähe des Sammelgefäßes 11 auftreten sollte, z. B., wenn eine Welle die Abschöpfvorrichtung erreicht, hindern die Befestigungskabel oder -mittel 29 die zusätzlichen Auftriebskörper 28 daran, sich in bezug auf den oberen Teil 12 des Sammelgefäßes nach oben zu bewegen. Folglich wenden die zusätzlichen Auftriebskörper 28 auf den oberen Teil des Sammelgefäßes eine zusätzliche Kraft nach oben an, um den Auftriebskörper 15 zu veranlassen, mit der Abdeckplatte 19 in Eingriff zu gelangen und einen übermäßigen Zufluß von Flüssigkeit in das Sammelgefäß 11 zu verhindern.
Vorzugsweise sind die zusätzlichen Auftriebskörper 28 von einem Kabel oder von anderen geeigneten Verbindungsmitteln, die sich um das Sammelgefäß erstrecken, zweckmäßig in der Weise miteinander verbunden, daß sie sich relativ zueinander senkrecht bewegen können, jedoch werden sie zweckmäßig am Umfang entlang mit Abstand verteilt und in einer angemessenen Nähe zur Krone K des Abschöpfwehrs gehalten.
4 bis 7 zeigen schematisch ein Beispiel einer Ausführungsform der Abschöpfvorrichtung gemäß der Erfindung, 4 bis 6 zeigen die Vorrichtung in Betriebsstellungen, die jenen entsprechen, die in 1 bis 3 gezeigt sind, während 7 eine Draufsicht der Vorrichtung ist.
Die in 4 bis 7 gezeigte Vorrichtung entspricht, was ihre Hauptmerkmale betrifft, im allgemeinen sowohl in bezug auf die Grundstruktur als auch in bezug auf den grundlegenden Betrieb der Vorrichtung der 1 bis 3.
In der Ausführungsform der 4 bis 7 hat das Sammelgefäß 31, welches das Sammelfach A definiert, eine Bauart, die akkordeonartig vertikal zusammenziehbar ist. Seine Seitenwand 32 ist aus einer biegsamen, jedoch im wesentlichen nicht dehnbaren dünnen Folie oder aus Feinblech hergestellt, die bzw. das um eine Anzahl von starren verteilten kreisförmigen Ringen 33 aus Kunststoff oder Leichtmetall gewickelt ist. Wie in den Figuren gezeigt ist, sind diese Ringe im ausgezogenen Zustand mit Abstand verteilt, wenn die Vorrichtung jedoch ausgebaut wird, können sie nahe beieinander oder sogar in einer gemeinsamen Ebene positioniert werden. Der unterste Ring 33 ist an einer unteren Platte 34, die eine Öffnung 35 hat, in der eine Pumpe 36 positioniert ist, befestigt. An dem obersten Ring 33 ist ein ringförmiger Auftriebskörper 37 montiert, der das Abschöpfwehr und seine Krone K bildet und dem ersten Auftriebskörper 15 der in 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung entspricht.
Innerhalb des oberen Teils des Sammelgefäßes 31 befindet sich ein zweiter ringförmiger Auftriebskörper 38, der im wesentlichen konzentrisch mit dem Sammelgefäß und mit dem Auftriebskörper 37 positioniert ist, mit einer daran gebundenen Schürze 39, die dem Auftriebskörper 23 bzw. der Schürze 24 in 1 bis 3 entsprechen. Die Schürze 39 hat wie das Sammelgefäß 31 eine zusammenziehbare Bauart und ist aus einer biegsamen, jedoch im wesentlichen nicht dehnbaren dünnen Folie oder aus Feinblech hergestellt, die bzw. das um eine Anzahl von starren verteilten Ringen 40 gewickelt ist. In dieser Ausführungsform ist der Auftriebskörper 38 ebenfalls an dem Auftriebskörper 37 oder an dem obersten Ring 33 durch Laschen oder dergleichen befestigt, so daß er sich in bezug auf den Auftriebskörper 37 frei nach oben und unten bewegen kann, jedoch immer eine im wesentlichen konzentrische Position in bezug auf diesen Körper beibehält. Ebenso wird der Raum zwischen den Auftriebskörpern 37 und 38 bzw. der Raum innerhalb des Auftriebskörpers 38 und seiner Schürze 39 mit R bzw. S bezeichnet.
Eine Abdeckplatte 41 mit einer Öffnung 42 ist, wie in 1 bis 3, in einer ortsfesten Position in bezug auf die Bodenplatte 34 angeordnet. Insbesondere sind die Bodenplatte 34 und die Abdeckplatte 41 an den gegenüberliegenden Enden von sechs gleichförmig am Umfang entlang mit Abstand verteilten senkrechten Rohren 43 lösbar befestigt. Innerhalb dieses Ringes von Rohren können sich der Auftriebskörper 37 und der obere Teil der Seitenwand 32 des Sammelgefäßes 31 und somit ebenfalls der Auftriebskörper 38 und die Schürze 39 nach oben und unten bewegen.
Die Rohrpaare 43 halten durch die Mittelstücken der drei Paare der sich radial nach außen hin erstreckenden oberen und unteren Kragarme 45 drei Stabilisatorkörper 44 (die den Stabilisatorkörpern 26 in 1 bis 3 entsprechen). Wie am besten in 7 gezeigt ist, sind die Stabilisatorkörper um das Sammelgefäß 31 gleichförmig am Umfang entlang mit Abstand verteilt und radial nach außen mit einem Zwischenraum zu diesem angeordnet. Jeder Stabilisatorkörper 44 ist etwa am oberen Teil des zugehörenden Rohres 46 angeordnet.
Jeder Stabilisatorkörper 44 bildet wie das Sammelgefäß 31 eine senkrecht zusammenziehbare Struktur, die eine Seitenwand 47, die aus einer dünnen Folie oder aus Feinblech hergestellt ist, die bzw. das um starre mit Abstand verteilte kreisförmige Ringe 48 gewickelt ist, besitzt. Der oberste Teil des durch die Sei tenwand 47 definierten Raumes wird z. B. von einem Auftriebsblock 49 aus Schaumstoff auf Kunststoffbasis eingenommen, während der Teil dieses Raumes, der unterhalb des Auftriebsblockes 49 ist, offen und während des Betriebs der Abschöpfvorrichtung zum Füllen mit Wasser vorgesehen ist. Um die Seitenwand straff gedehnt zu halten, ist der unterste Ring 48 an dem Rohr 46 lösbar befestigt.
Am oberen Ende jedes Rohres 46 ist ein Sperrventil 50 vorgesehen und in der Weise angeordnet, daß es sich öffnen kann, um zu ermöglichen, daß die Luft in dem Raum unterhalb des Auftriebsblockes 49 nach oben entweichen kann, wenn dieser Raum mit Wasser gefüllt werden soll, sich jedoch zu schließen, wenn sich ein Unterdruck entwickelt, so daß das Entweichen von Wasser verhindert wird. Das Füllen mit Wasser und das Ablassen können durch das Rohr erfolgen, wie von den Pfeilen in 4 gezeigt sind. Ein Sammelbehälter 51 ist wie in der Ausführungsform der 1 bis 3 dichtend mit der Abdeckplatte 41 verbunden, so daß sich ein Einlaßabschnitt 51A des Behälters direkt über der Öffnung 42 befindet, die von einem Dichtungsring 52 des Behälters umgeben ist.
Die in 4 bis 7 gezeigte Vorrichtung arbeitet im Grunde genommen in der mit Bezug auf 1 bis 3 obenbeschriebenen Art und Weise. Es ist jedoch ein gewisser Unterschied in der Tatsache zu sehen, daß es bei der gezeigten zylindrischen Form des Sammelgefäßes 31 dort keine Differenzdruck-Oberfläche gibt, die der entspricht, die durch die gegenüberliegenden Schuboberflächen des Flansches 14 in 1 bis 3 geschaffen wird. Statt dessen wird eine auf den Auftriebskörper 37 wirkende nach unten ziehende Kraft erzeugt, weil die Druckdifferenz über die biegsame Seitenwand 32 des Sammelgefäßes die Seitenwand nach innen deformiert und dadurch die Ringe 33 gegeneinander zieht, so daß das gesamte Sammelgefäß senkrecht zusammengezogen wird. Auf Wunsch kann jedoch eine Differenzdruck-Oberfläche geschaffen werden, indem des Sammelgefäß 11 am oberen Teil enger als am unteren Teil gebaut wird.
Die Abschöpfvorrichtung gemäß der Erfindung kann, wie aus den 4 bis 7 offensichtlich ist, als eine sehr leichte Konstruktion, die schnell montiert und demontiert sowie leicht transportiert werden kann, gebaut werden. Außerdem kann sie mit niedrigen Kosten produziert werden. Es ist deshalb wirtschaftlich realistisch, die Vorrichtungen in großen Anzahlen zu produzieren und sie an Standorten zu stationieren, von denen sie schnell zu jeder voraussehbaren Betriebsstelle transportiert werden können, wo sie schnell auf den Betrieb vorbereitet werden können. Wegen des ungerichteten Zuflusses in das Sammelgefäß und der raschen Trennung des leichteren Materials in dem Sammelgefäß ist eine hohe Sammelkapazität möglich.
In den obenbeschriebenen Ausführungsformen der Abschöpfvorrichtung ist die Kronenhöhe K des Abschöpfwehrs im wesentlichen unter der Wirkung von drei verschiedenen Kräften, nämlich einer Schwer- oder Gewichtskraft, einer hydrostatischen Auftriebskraft und einer hydrostatischen Schubkraft, selbstregelnd.
Die Schwerkraft neigt an dem oberen Teil des Sammelgefäßes, das unabhängig vom Rest des Sammelgefäßes und dem darin gehaltenen Flüssigkeitsvolumen senkrecht beweglich ist, ständig dazu, den oberen Teil und somit die Krone des Abschöpfwehrs nach unten zu bewegen. Andererseits neigt die Auftriebskraft, die auf den oberen Teil des Sammelgefäßes wirkt, dazu, diesen Teil und somit die Krone des Abschöpfwehrs K nach oben zu bewegen.
Die Auftriebskraft ist aus zwei senkrechten Komponenten zusammengesetzt, und zwar aus einer von der Flüssigkeit in dem Sammelgefäß erzeugten Komponente und aus einer von der Flüssigkeit in dem umgebenden Wasserkörper erzeugten Komponente.
In dem in 1 und 4 gezeigten Zustand, in dem der hydrostatische oder Kopfdruck innerhalb des Sammelgefäßes bei jedem Pegel der gleiche wie der in dem umgebenden Wasserkörper ist, ergibt die Summe der zwei Komponenten der Auftriebskraft die Schwerkraft plus, wenn anwendbar, die Kraft, unter welcher der Auftriebskörper 15 oder 23 mit der Abdeckplatte in Eingriff gelangt.
Wenn der hydrostatische Druck im Sammelgefäß kleiner als der hydrostatische Druck im umgebenden Wasserkörper ist, übt die dritte Kraft in Form einer nach unten gerichteten Kraft, die von der Druckdifferenz bestimmt ist, ebenfalls einen Einfluß aus.
In der Ausführungsform der 1 bis 3 wirkt diese dritte Kraft durch die Mittelstücken des Flansches 14. In der Ausführungsform der 4 bis 7 wird dieser Kraft von der Seitenwand 33 des Sammelgefäßes 31 geliefert, da sie nach innen zwischen die Ringe 33 gedrückt und dadurch waagerecht zusammengezogen wird, so daß das gesamte Sammelgefäß senkrecht zusammengezogen ist.
Es ist jedoch innerhalb des Umfangs der Erfindung, eine ähnliche Selbstregelung auf eine andere Art und Weise zu schaffen. Auf die letzte erwähnte Kraft, d. h. die dritte Kraft, kann z. B. durch das Weglassen der Differenzschub-Oberfläche verzichtet werden, so daß nur eine zur Druckdifferenz zwischen dem Sammelgefäß und dem umgebenden Wasserkörper proportionale Auftriebskraft einen Einfluß ausübt.
Eine weitere Möglichkeit ist, die Auftriebskraft zu ersetzen oder sie mit einer Kraft, wie etwa einer Federkraft, zu verbinden, die konstant auf den oberen Teil des Sammelgefäßes und somit auf die Krone K des Abschöpfwehrs wirkt. Eine nochmals weitere Möglichkeit ist, eine konstant wirkende nach unten gerichtete Kraft, d. h. eine Kraft, die in Verbindung mit der Schwerkraft wirkt, anzuwenden.
Andere, rein bauliche Änderungen sind ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich. Die gezeigte ringförmige Form der Krone des Abschöpfwehrs und des Ablenkelementes, das sich innerhalb des Abschöpfwehrs befindet und vom Auftriebskörper 23 oder 38 mit der Schürze 24 bzw. 39 gebildet wird, ist sehr vorteilhaft, jedoch nicht notwendig. Dementsprechend ist es möglich, zu erlauben, daß der Zufluß in das Sammelfach über eine Krone K des Abschöpfwehrs erfolgt, die sich nicht entlang des gesamten Umfangs des Sammelgefäßes, sondern nur entlang eines Teils (obwohl vorzugsweise entlang des Hauptteils) davon erstreckt. Das Ablenkelement kann somit auf einen entsprechenden Teil des Umfangs beschränkt werden.
In einer weiteren Ausführungsform, die nicht in der Zeichnung gezeigt ist, ist das Abschöpfwehr in der Weise konstruiert, daß es während der Sammlung der Oberflächenschicht in einer vorherbestimmten Richtung in bezug auf den Wasserkörper bewegt wird. Die Vorrichtung kann z. B. von einer integrierten Antriebseinheit geschleppt oder bewegt werden, oder der Wasserkörper kann ein fließender Wasserkörper sein, in dem die Abschöpfvorrichtung in einer ortsfesten Position gehalten wird. Wenn die Abschöpfvorrichtung mit einer integrierten Antriebseinheit versehen ist, kann diese Einheit ebenfalls für das Pumpen von Wasser aus dem Sammelgefäß und möglicherweise ebenfalls für das Pumpen von Wasser in das Sammelgefäß verwendet werden.
In der weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Auftriebskörper, der das Abschöpfwehr bildet, nur über einen Abschnitt des Umfangs des Sammelgefäßes, und zwar über 50 bis 75% des Umfangs. Während der Sammlung des Öls oder einer anderen zu sammelnden Oberflächenschicht ist das Abschöpfwehr auf der stromaufwärtigen Seite, so daß es in die Richtung der Bewegung der Abschöpfvorrichtung in bezug auf den fließenden Wasserkörper gerichtet ist, und das gesammelte Material wird in der gegenüberliegenden oder stromabwärtigen Richtung durch einen waagerechten Auslaß, der an dem Teil des Umfangs des Sammelgefäßes vorgesehen ist, der nicht von dem Abschöpfwehr begrenzt ist, in einen Sammelbehälter entleert.

Claims

Verfahren zum Abschöpfen einer schwimmenden Oberflächenschicht eines schwimmfähigen Schmutzstoffs wie etwa Öl von einem Wasserkörper, das umfaßt: Anordnen eines Sammelgefäßes (11, 31) in dem Wasserkörper, das ein Sammelfach (A) und ein Abschöpfwehr (K) besitzt, das einen oberen Teil des Sammelgefäßes bildet und das Sammelfach nach oben begrenzt und das sich relativ zu einem darunterliegenden Teil (16, 34) des Sammelgefäßes (11, 31) vertikal bewegen kann, und Füllen des Sammelfachs mit Wasser, Entleeren von Wasser aus dem Sammelfach, um in dem Sammelfach (A) eine Wassersenke zu bilden und aufrechtzuerhalten, und Veranlassen des Abschöpfwehrs (K), eine Überlaufposition in bezug auf die Oberflächenschicht einzunehmen, damit die Oberflächenschicht über das Abschöpfwehr (K) in die Wassersenke fließen kann, gekennzeichnet durch Entleeren einer obenschwimmenden Schicht des schwimmfähigen Schmutzstoffs in dem Sammelfach (A) durch Unterbrechen der Entleerung von Wasser aus dem Sammelfach und durch Einleiten einer Verdrängungsflüssigkeit, die aus dem das Sammelgefäß (11, 31) umgebenden Wasserkörper entnommen wird, in den unteren Abschnitt des Sammelfachs, um das Abschöpfwehr (K) in einen dichten Eingriff mit einer darüberliegenden Abdeckung (19, 41) des Abschöpfgefäßes zu verschieben, um eine Strömung in das Sammelfach und aus dem Sammelfach über das Abschöpfwehr zu verhindern, und um die obenschwimmende Schmutzstoffschicht durch eine Entleerungsöffnung (20, 42), die mit dem Sammelfach in Verbindung steht, zu verdrängen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung der obenschwimmenden Schmutzstoffschicht durch die Entleerungsöffnung (20, 42) durch eine Öffnung in der darüberliegenden Abdeckung (19, 41) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Steuern der Kronenhöhe des Abschöpfwehrs (K) durch Ausüben einer vertikalen Kraft auf das Abschöpfwehr, wobei sich die Größe der Kraft im Verhältnis zu der Kopfdruckdifferenz zwischen dem Sammelfach (A) und dem das Sammelgefäß (11, 31) umgebenden Wasserkörper ändert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Abschöpfwehr (K) ausgeübte vertikale Kraft eine Auftriebskraft umfaßt, die aus zwei Komponenten mit der gleichen Richtung gebildet ist, wobei eine der Komponenten durch das verdrängte Flüssigkeitsvolumen in dem Sammelfach (A) bestimmt ist und die andere Komponente durch ein verdrängtes Flüssigkeitsvolumen in dem das Sammelgefäß umgebenden Wasserkörper bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Abschöpfwehr (K) ausgeübte vertikale Kraft eine Kraft umfaßt, die die Resultierende von zwei entgegengesetzt gerichteten hydrostatischen Kräften ist, die auf ein Krafterzeugungselement (14, 32) wirken, das eine Kraftübertragungsverbindung mit dem Abschöpfwehr (K) besitzt, wobei eine der entgegengesetzt gerichteten hydrostatischen Kräfte durch eine auf dem Krafterzeugungselement vorgesehene und in dem Sammelfach (A) befindliche Oberfläche bestimmt ist und die andere durch eine Schuboberfläche, die auf dem Krafterzeugungselement vorgesehen und in dem das Sammelgefäß (11, 31) umgebenden Wasserkörper angeordnet ist, bestimmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das über das Abschöpfwehr (K) in das Sammelfach (A) fließende Material mittels einer Strömungsbarriere (23, 24), die sich nach unten in das Sammelfach erstreckt, nach unten in das Sammelgefäß (11, 31) abgelenkt wird.
Vorrichtung zum Abschöpfen einer schwimmfähigen Oberflächenschicht eines schwimmenden Schmutzstoffs wie etwa Öl aus einem Wasserkörper, die umfaßt: ein Sammelgefäß (11, 31), das in einen Wasserkörper eintauchbar ist und ein Sammelfach (A) definiert, das einen oberen Teil einschließlich eines Abschöpfwehrs (K) besitzt, das einen Einlaß in das obere Ende des Sammelfachs (A) bildet und relativ zu einem unteren Teil des Sammelgefäßes vertikal beweglich ist, und Mittel (17, 18, 35, 36), die Wasser aus dem unteren Teil des Sammelfachs (A) entleeren, um darin eine Wassersenke zu bilden und aufrechtzuerhalten, gekennzeichnet durch Mittel (17, 18, 35, 36), die Wasser in den unteren Teil des Sammelfachs (A) einleiten, um eine obenschwimmende Schmutzstoffschicht in dem Sammelfach durch eine Entleerungsöffnung (20, 42) zu verdrängen, und eine Abdeckung (19, 41), die am Sammelgefäß (11, 31) angebracht ist und über dem Sammelfach (A) liegt, wobei das Abschöpfwehr (K) in Reaktion auf die Einleitung von Wasser in das Sammelfach mit der Abdeckung in dichten Eingriff gelangen kann, um das Sammelfach (A) nach oben zu verschließen und um dadurch eine Strömung in das Sammelfach und aus dem Sammelfach über das Abschöpfwehr (K) zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerungsöffnung (20, 42) in der Abdeckung (19, 41) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (14, 15, 31, 37) vorgesehen sind, die den Hub des Abschöpfwehrs (K) in dem Wasserkörper in Abhängigkeit von der Kopfdruckdifferenz zwischen dem Innenraum des Sammelfachs (A) und der Außenseite des Sammelgefäßes (11, 31) steuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschöpfwehr (K) einen ersten Auftriebskörper (15, 37) umfaßt, wovon wenigstens ein Abschnitt Flüssigkeit in dem Sammelfach (A) verdrängen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch ein Krafterzeugungselement (14, 32), das mit dem Abschöpfwehr (K) verbunden ist und zwei entgegengesetzt orientierte Schuboberflächen besitzt, wovon sich eine in dem Sammelgefäß (11, 31) befindet und die andere sich an der Außenseite des Sammelgefäßes befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (32) des Sammelgefäßes (31) wenigstens über einen Teil der Höhe des Sammelgefäßes biegsam ist und daß das Sammelgefäß durch radiale Kontraktion der Seitenwand unter der Wirkung einer Wasserdruckdifferenz über den Schuboberflächen vertikal kontrahierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgefäß akkordeonartig vertikal zusammenziehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch ein Ablenkelement (23, 24, 38, 39) in dem Sammelfach (A), das Flüssigkeit, die über das Abschöpfwehr (K) von dem umgebenden Wasserkörper in das Sammelfach (A) fließt, nach unten ablenkt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (23, 24, 38, 39) durch einen zweiten Auftriebskörper (23, 38) unterstützt ist, der unabhängig von dem Abschöpfwehr (K) vertikal beweglich und so beschaffen ist, daß er durch die Flüssigkeit in dem Sammelfach (A) getragen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Abschöpfwehr (K) wenigstens über den Hauptabschnitt des Umfangs des Sammelgefäßes (11, 31) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Entleeren von Wasser aus dem Sammelfach eine Umkehrpumpe (18, 38) umfassen.