FI125144B - Menetelmä ja laite nesteen pintakerroksen kokoamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja laite nesteen pintakerroksen kokoamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä nesteen pintakerroksen kokoamiseksi ympäristöstä rajatulle alueelle, jossa menetelmässä ympäristöstä rajattu alue muodostetaan seinärakenteen avulla ja nesteen pintakerrosta siirretään ympäristöstä rajatulle alueelle rajatun alueen seinärakenteeseen muodostetun aukon kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään suuntautuvan ilmavirtauksen avulla niin, että nesteen pintakerroksessa olevan aineen määrä rajatulla alueella lisääntyy ympäristöön verrattuna, jolloin ympäristöstä rajatun alueen seinärakenteeseen muodostetun aukon alareuna on ympäristön nestepinnan alapuolella ja yläreuna olennaisesti ympäristön nestepinnan yläpuolella ja että ympäristöstä rajatun alueen nestepinta pidetään olennaisesti samalla tasolla ympäristön nestepinnan kanssa muodostamalla jatkuva nestevirtausyhteys ympäristöstä rajatun alueen alaosan kautta ympäristöön. Keksinnön kohteena on myös laite nesteen pintakerroksen kokoamiseksi ympäristöstä rajatulle alueelle.

Erilaisten nesteiden ominaispainoerot ja erilaisten kiintoaineiden keveys aiheuttaa sen että kevyet kappaleet ja ominaispainoltaan kevyempi neste nousee perusnesteessä ylöspäin ja levittäytyy nesteen pintakerrokseen tasapaksuksi kerrokseksi. Esimerkkinä tällaisista tilanteista voidaan mainita öljyvahingot vesistöissä ja erilaiset kevyet roskat erilaisissa vesistöissä, kuten esimerkiksi satama-alueilla. Esimerkkeinä kevyistä roskista voidaan mainita puiden lehdet, erilaiset pakkaukset, paperiarkit, muoviroskat yms., jotka voivat aiheuttaa haittoja ja ovat useissa tapauksissa, erityisesti erilaisten paperi- ja muoviroskien kohdalla myös esteettisesti hyvin epämiellyttäviä.

Vesistöjen öljyntorjunnalle ja vesistöistä tapahtuvalle roskienkeruulle on tyypillistä, että kelluvalla puomilla pyritään rajaamaan pintamateriaalin levittäytyminen ohuemmaksi ja ohuemmaksi kerrokseksi aina vain laajemmalle ja laajemmalle alueelle. Varsinainen pintamateriaalin keruu tai poisto tapahtuu pääasiassa kolmella tavalla, joita kuvataan periaatteellisesti seuraavalla tavalla.

Nesteen pintakerros tartutetaan kiinteään pintaan ja ko. kiinteä pinta siirretään keruupaikkaan. Tartutettu materiaali irrotetaan pinnasta keruupai-kassa ja kiinteä pinta siirretään taas takaisin tartunta-alueelle. Tällaisissa ratkaisuissa käytetään esimerkiksi harjaskimmereitä, levyskimmereitä, nauhas-kimmereitä tai letkuskimmereitä.

Nestettä pumpataan alhaalta niin voimakkaasti, että perusnesteen mukaan lähtee oleellisessa määrin myös pintakerrosta. Tällaisissa ratkaisuissa perinteinen nestepumppu imee pinnan alla olevan suulakkeen kautta nestettä, toisena vaihtoehtona on katamaraanityyppisen pinta-aluksen käyttö, jolloin aluksen keskikanaali tukitaan takaa ja työntövoiman välittävä potkuri on riittävän alhaalla kuljettamaan alusta ongelma-alueelle ilman että se sotkee pintaa. Näin hieman pakkaantunut pinta on tehokkaammin poistettavissa ylöspäin tai alaspäin imemällä.

Imetään ilmaa voimakkaasti nestepinnan läheltä siten että nestettä ja pinnalla olevia keveitä kappaleita lähtee mukaan.

Kaikille edellä mainituille kolmelle tavalle tyypillistä on suuri keruu-teho. Edellä mainituista tavoista kolmantena vaihtoehtona kuvatulle pölynimuri-tyyppiselle tavalle on ominaista suuri tehon tarve ja kerätyt materiaalit ovat lisäksi sekaantuneet toisiinsa, joten kerätyn materiaalin jatkokäsittely on työlästä. Tartuntaan perustuvat kehräimet ovat puolestaan tehokkaimmillaan jäykissä nesteissä. Näille kaikille on tyypillistä suuret hankinta-, käyttö-ja huoltokustannukset, joten pieniin tilanteisiin ja pienempimittakaavaiseen toimintaan tällaiset tunnetun tekniikan mukaiset ratkaisut eivät kunnolla sovellu.

Esimerkkeinä alalla tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita US-hakemusjulkaisuissa 2010/0270244 A1 ja 2011/0259803 A1 kuvatut ratkaisut. Edellä mainituissa julkaisuissa kuvatut ratkaisut on tarkoitettu esimerkiksi öljyn erottamiseen nesteestä. Roskien ja muiden kappalemaisten epäpuhtauksien erottamiseen ko. ratkaisut eivät sovellu mm. ilman virtausaukon hyvin matalan rakomaisen rakenteen vuoksi.

Lisäesimerkkeinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita seuraavat julkaisut: US3760944, GB1408451, US4139470, DE1634074, JPS5676291, FR2424368 ja JPH10216038.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laite, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan. Tähän on päästy keksinnön avulla. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että ympäristöstä rajatun alueen sisään suuntautuva ilmavirta kierrätetään osittain tai kokonaan virtaamaan uudestaan aukon kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään. Keksinnön mukainen laite on puolestaan tunnettu siitä, että ympäristöstä rajatun alueen sisään suuntautuva ilmavirta on sovitettu kierrätettäväksi osittain tai kokonaan uudestaan aukon kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että sen avulla aikaansaadaan pitkäaikaiseenkin ja valvomattomaan käyttöön hankinta-, käyttö- ja huoltokustannuksiltaan edullisia laitteita erityisesti pienimuotoisten vesistöjen kunnossapitoon. Pienimuotoisilla vesistöillä tarkoitetaan tässä esimerkiksi satama-alueita, pienehköjä järviä, lampia, keinotekoisesti muodostettuja altaita ja muta vastaavia vesialueita. Keksinnön etuna on edelleen sen yksinkertaisuus ja myös hyvä soveltuvuus erikokoisiin laitteisiin, sillä keksinnön perusperiaate soveltuu hyvin käytettäväksi myös suurissa laitteissa, vaikka edellä on korostettukin pienimuotoista toimintaa.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuksessa kuvattujen sovellutusten avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatteellisena kuvantona erästä keksinnön mukaista menetelmää hyväksikäyttävää sovellusmuotoa, kuvio 2 on leikkauskuvanto nähtynä kuvion 1 nuolten II - Il mukaisesti, kuvio 3 esittää kuvion 2 aluetta A suuremmassa mittakaavassa, kuvio 4 esittää periaatteellisena sivulta nähtynä kuvantona keksinnön sovellutusmuotoa, jossa käytetään hyväksi ilman kierrätysperiaatetta ja kuvio 5 esittää periaatteellisena perspektiivikuvantona erästä keksinnön käytännön sovellutusta, jossa käytetään kuvion 4 mukaista ilman kierrätysperiaatetta.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti eräs keksinnön mukaista menetelmää hyväksikäyttävä sovellutusmuoto. Kuviossa 1 on viitenumeron 1 avulla merkitty pieni osa vesialueesta tai vesistöstä, jonka pinnalla on öljyläikkä 2. Öljyläikän 2 alueelle on sijoitettu seinärakenne 3, ts. reunus, joka määrittelee sen ympäristöstä rajatun alueen, mihin öljy halutaan koota. Seinärakenteeseen 3 on tehty aukko 4, jonka alareuna on vain hyvin vähän vedenpinnan alapuolella ja yläreuna puolestaan oleellisesti vedenpinnan yläpuolella. Ko. seikat näkyvät selvästi esimerkiksi kuviossa 3. Seinärakenne 3 on muodostettu sellaiseksi, että seinärakenteen 3 alaosasta on jatkuvasti avoin nestevirtausyh-teys ympäristöön. Kuvion 1 esimerkissä tämä on toteutettu muodostamalla seinärakenne putkimaiseksi, ilman pohjaa olevaksi elementiksi, rakenne voidaan kuitenkin muodostaa myös niin, että seinärakenteella on pohja, jonka läpi neste pääsee virtaamaan. Esimerkkeinä voidaan mainita verkkomainen tai rako-osilla varustettu rakenne tai jokin vastaava huokoisesta materiaalista muodostettu suodattava rakenne jne. Aukko 4 on mitoitettu leveyssuunnassa ja korkeussuunnassa niin, että esimerkiksi nesteen pinnalla olevan öljykerroksen lisäksi myös puiden lehdet, erilaiset pakkaukset, esimerkiksi maitopurkit, me-hupurkit ja muut vastaavat kappaleet, jota usein kulkeutuu vesistöihin, mahtuvat kulkemaan aukon 4 läpi ympäristöstä rajatun alueen sisään.

Kuvioissa 2 ja 3 on kuvattu tarkemmin perusperiaatetta, johon keksintö perustuu. Keksinnön mukaisessa menetelmässä hyödynnetään ilmavirtauksen ominaisuutta, jossa nopeuden kasvaessa paine pienenee ja sitä että ilman ja sitä alhaalta rajaavan nestepinnan välinen kitka pyrkii ilman liikkuessa vetämään mukanaan siihen rajautuvaa nestettä. Kuvioissa 2 ja 3 on viitenumeron 5 avulla merkitty koneellisesti aikaansaadun nopean ilmavirran reitti aukon 4 kautta seinärakenteen 1 sisäpuolelle.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 2 kohta A suuremmassa mittakaavassa. Kuviossa 3 on viitenumeron 6 avulla merkitty viiva, joka osoittaa aluetta, johon nopean ilmavirtauksen 5 painetta alentava ominaisuus vaikuttaa. Nuoli 7 osoittaa nopean ilmavirtauksen 5 öljyyn 2 kitkan vaikutuksesta mukaansa ottavaa vaikutusta. Seinärakenteen 3 sisäpuolella ilman nopeus pienenee ja nestepintaan kohdistuu lähes sama ilmanpaine kuin ulkopuolella, ja kun seinärakenteella 3 ei ole tiivistä pohjaa, nestepinnat pysyvät seinärakenteen uiko- ja sisäpuolella olennaisesti samoilla tasoilla.

Kuviossa 4 on esitetty periaatteellisesti eräs edullinen sovellutus, jolla keksinnön perusperiaate voidaan toteuttaa. Kuviossa 4 on vastaavissa kohdissa käytetty samoja viitenumerolta kuin kuvioissa 1 - 3.

Kuviossa 4 on esitetty eräs tapa miten ilmanvirtaus voidaan toteuttaa. Kuvion 4 sovellutuksessa ympäristöstä rajattuun tilaan aukon 4 kautta pu-haltimen 11 avulla syötetty ilmavirta kierrätetään takaisin kanavarakenteen 10 ja sen osana olevan suutinjärjestelyn 12 avulla ja syötetään uudestaan ympäristöstä rajattuun tilaan. Kanava rakenne ja puhallin voidaan sijoittaa vapaasti laitteen yhteyteen. Kuvion 4 yhteydessä kanavarakenne ja puhallin on sovitettu laitteen kansiosan 9 yhteyteen. On selvää, että edellä mainittu ilman kierrätys ei ole ainoa mahdollisuus, vaan ilma voidaan myös ottaa ympäristöstä ja johtaa ympäristöstä rajatusta alueesta takaisin ympäristöön jne. Lisäksi on selvää, että ilma voidaan kierrättää osittain ja johtaa osittain ympäristöön jne.

Kuviossa 5 on esitetty eräs toteutusmuoto kuviossa 4 esitetystä periaatteesta. Kuviossa 5 on vastaavissa kohdissa käytetty samoja viitenumerolta kuin kuviossa 4. Kuviossa 5 on lisäksi esitetty ilman ja veden kierto nuolten avulla. Kuvion 5 sovellutuksessa kanavarakenne on muodostettu seinämära- kenteen 3 ja kansiosan 9 avulla, jolloin aikaansaadaan kompakti rakenne. Kuvioiden 4 ja 5 mukaisen sovellutuksen avulla ympäristöstä rajatun alueen sisältä tapahtuvaan imuun tarvittavan ilman liike-energia puhaltimen 11 jälkeen saadaan ainakin osittain hyötykäyttöön. Tällöin laitteen kokonaishyötysuhde paranee ja ulkoiset häiriöt äänen ja kovan puhalluksen osalta vähenevät.

Kuvioiden 1 - 3 mukainen laite toimii periaatteessa seuraavasti. Laite on muodostettu kelluvaksi rakenteeksi. Laite sovitetaan nesteen, esimerkiksi veden pinnalle, kuten esimerkiksi kuviossa 1 on esitetty. Kuvioiden esimerkissä nuolten avulla merkitty ilmavirtaus aikaansaadaan sopivan, laitteeseen sovitetun puhallinvälineen avulla, nesteen pinnalla oleva öljy yms. siirtyy em. ilmavirran vaikutuksesta laitteen sisään, neste virtaa alakautta takaisin ympäristöön ja öljy ja muut epäpuhtaudet jäävät seinämärakenteen rajaaman alueen sisään, josta ne voidaan poistaa sopivalla tavalla.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu pohjaksi esimerkiksi pienen lammen vedenpinnan puhdistuslaitteen toimintaperiaatteelle. Koska pienten lampien pintaan tulee tyypillisesti lehtiä ja pölyä ulkoapäin ja orgaanisen toiminnan vaikutuksesta pohjalta nousee pieniä määriä hartseja, öljyjä ja vahoja ja kun pihalammen pintaa ei kohdistu kovia tuulia, on pinnan puhdistus hyvin tärkeää. Jo pienikokoinenkin puhaltaja pystyy siirtämään veden pinnalla kelluvat puiden lehdet ja pienet hartsikerrokset seinärakenteen 3 rajaaman alueen-sisäpuolelle.

Toisaalta satamissa ja venesatamissa saattaa kohtuullisia öljyvahinkoja tapahtua koska vaan ja muovikasseja maitopurkkeja ym. pieniä pakkausjätteitä on hyvin usein kellumassa alusten läheisyydessä. Keksinnön mukaisen menetelmän pohjalta valmistettu pinnan puhdistuslaite, jossa ei ole pintaa koskettavia keruulaitteita, on ihanteellinen ilman jatkuvaa valvontaa jätettäväksi kelluvaksi siivoojaksi. Jo muutaman sadan watin tehoinen aksiaalispuhallin pystyy siirtämään muovipussit ja pienet laatikot kohtuullisen tehokkaasti seinä-rakenteen rajaaman alueen sisälle. Meriolosuhteissa muutaman kilovatin tai avomeriolosuhteissa muutaman kymmenen kilowatin puhallusteholla saadaan jäykkäkin öljy kulkeutumaan paksuksi kerrokseksi halutun kokoiselle alueelle.

Keksintöä on kuvattu edellä kuvioiden 1 - 5 mukaisen sovellutusesimerkin avulla. Keksintöä ei kuitenkaan ole mitenkään rajoitettu ko. esimerkkiin, vaan on selvää, että muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Esimerkeissä on mainittu lähinnä vesistöalueita. On selvää, että menetelmää voidaan soveltaa myös teollisuuden prosessivesiin ja yhdyskuntateknisiin kohtei siin. Esimerkiksi puhallin voidaan sovittaa kummalle puolelle aukkoa tahansa, ts. puhallin voidaan sovittaa puhaltamaan ilmaa aukkoon 4 tai vastaavasti imemään ilmaa ympäristöstä aukon 4 läpi jne. Aukko 4 voidaan varustaa sopivilla välineillä 13, joiden avulla aukon kokoa voidaan säätää. Tällaiset välineet voidaan sovittaa joko yhteen tai useampaan aukon reunaan. Kuviossa 3 on esitetty periaatteellisesti eräs sovellutus tällaisista välineistä.

Keksintöä voidaan muunnella vapaasti oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (9)

1. Menetelmä nesteen pintakerroksen kokoamiseksi ympäristöstä rajatulle alueelle, jossa menetelmässä ympäristöstä rajattu alue muodostetaan seinärakenteen (3) avulla ja nesteen (1) pintakerrosta siirretään ympäristöstä rajatulle alueelle rajatun alueen seinärakenteeseen muodostetun aukon (4) kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään suuntautuvan ilmavirtauksen avulla niin, että nesteen pintakerroksessa olevan aineen määrä rajatulla alueella lisääntyy ympäristöön verrattuna, jolloin ympäristöstä rajatun alueen seinärakenteeseen (3) muodostetun aukon (4) alareuna on ympäristön nestepinnan alapuolella ja yläreuna olennaisesti ympäristön nestepinnan yläpuolella ja että ympäristöstä rajatun alueen nestepinta pidetään olennaisesti samalla tasolla ympäristön nestepinnan kanssa muodostamalla jatkuva nestevirtausyhteys ympäristöstä rajatun alueen alaosan kautta ympäristöön, tunnettu siitä että ympäristöstä rajatun alueen sisään suuntautuva ilmavirta kierrätetään osittain tai kokonaan virtaamaan uudestaan aukon (4) kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ympäristöstä rajatun alueen muodostava seinärakenne (3) muodostetaan ilman pohjaa olevaksi rakenteeksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ympäristöstä rajatun alueen muodostava seinärakenne (3) muodostetaan alaosastaan nestettä läpäiseväksi rakenteeksi.

4. Laite nesteen pintakerroksen kokoamiseksi ympäristöstä rajatulle alueelle, joka laite käsittää seinärakenteen (3) avulla muodostetun ympäristöstä rajatun alueen, johon seinärakenteeseen on muodostettu aukko (4) ja välineet ilmavirtauksen synnyttämiseksi aukon kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään nesteen pintakerroksen siirtämiseksi ympäristöstä aukon (4) kautta ympäristöstä rajattuun alueeseen niin, että nesteen pintakerroksessa olevan aineen määrä rajatulla alueella lisääntyy ympäristöön verrattuna, jolloin ympäristöstä rajatun alueen seinärakenteeseen (3) muodostetun aukon (4) alareuna on sovitettu olemaan ympäristön nestepinnan alapuolella ja yläreuna olennaisesti ympäristön nestepinnan yläpuolella ja että ympäristöstä rajatun alueen nestepinta on sovitettu pidettäväksi olennaisesti samalla tasolla ympäristön nestepinnan kanssa muodostamalla jatkuva nestevirtausyhteys ympäristöstä rajatun alueen alaosan kautta ympäristöön, tunnettu siitä että ympäristöstä rajatun alueen sisään suuntautuva ilmavirta on sovitettu kierrätettäväksi osit tain tai kokonaan uudestaan aukon (4) kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että ympäristöstä rajatun alueen muodostava seinärakenne (3) on muodostettu ilman pohjaa olevaksi rakenteeksi.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että ympäristöstä rajatun alueen muodostava seinärakenne (3) on muodostettu alaosastaan nestettä läpäiseväksi rakenteeksi.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että välineet ilmavirtauksen synnyttämiseksi aukon kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään käsittävät puhaltimen (11), joka on sovitettu puhaltamaan ilmaa aukon (4) kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että välineet ilmavirtauksen synnyttämiseksi aukon kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään käsittävät puhaltimen (11), joka on sovitettu imemään ilmaa aukon (4) kautta ympäristöstä rajatun alueen sisään.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että aukon (4) yhteyteen on sovitettu välineet (13) aukon koon säätämistä varten.