專利名稱：用于收集飄浮在水體上的材料的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于收集飄浮在水體表面上的材料的設備。按照本發(fā)明的設備可以用于收集不同種類的、飄浮在水中的固體和液體污染物。但是，本發(fā)明專門設計和特別適用于收集泄漏在水表面上的油，包括收集與固體材料混合的油。因此，在本文中著重描述本發(fā)明與上述設備有關的應用。
特別是，本發(fā)明涉及一種撇渣設備，其特別適用于在沒入水中的收集容器的整個撇渣圍堰中，在表面層進行撇渣操作，并且使污染物在收集容器中積累在水表面上，從而能夠以某種合適的方式將這些污染物取出。
背景技術：
國際專利申請WO97/07292和WO99/22078公開了這種設備的現(xiàn)有技術的實施例。在這種現(xiàn)有技術的設備中，收集容器具有側壁，其包括一個上壁部分，所述上壁部分具有部分浮力，并且該上壁部分的上端形成撇渣圍堰，還包括下壁部分，上壁部分可以沿著豎直方向相對于下壁部分移動。上壁部分和下壁部分相互連接，沿著橫向限定收集腔室的上部子腔室，收集腔室具有入口，所述入口由撇渣圍堰形成。收集腔室的位于下方的子腔室形成腔室的延伸部分，并且開口連通位于上部子腔室。水可以供給進入腔室中，并且可以通過位于底壁中的開口，從收集容器中排出。
在國際專利申請WO97/07292公開的設備中，收集容納在收集腔室的上部子腔室中的水表面上的油。從收集腔室中排出石油是借助從下方供給水進入收集腔室中、引導撇渣圍堰壓靠在一塊疊置的板上而進行的，在所述板上具有卸料開口，并且引導位于水表面上方的油層通過卸料開口被排出，進入合適的容器內。
在國際專利申請WO99/22078公開的這種設備中，油積累在一個分離腔室中，所述分離腔室由內壁和外壁沿橫向限定，其中內壁類似于WO97/07292中設備的側壁。石油穿過內壁的撇渣圍堰，向下流動進入由內壁限定的收集腔室。石油從內壁的下邊緣進入分離腔室中，在此腔室內，石油積累在水表面上。在上方限定分離腔室的頂壁具有卸料開口，通過此卸料開口，能夠以與國際專利申請WO97/07292中所述設備相同的方式，通過從下方將水供入收集容器中而排出石油。
將分離腔室設置在由內壁限定的收集腔室外側的優(yōu)點是油從收集腔室向外流動進入分離腔室時，沿著水平方向在整個區(qū)域分布，很容易使這個區(qū)域大于由內壁限定的水平區(qū)域。因此，在分離腔室中，油的水平速度非常慢。由此，允許油在分離腔室中基本上不受擾動地上升到表面。
在油中常常攜帶有各種固體物品，并且，當從分離腔室中排出油時會產(chǎn)生問題。在國際專利申請WO99/22078公開的這種設備中，這種物品趨于被收集在分離腔室中油層的頂部，與收集腔室的頂壁或頂部相鄰，當通過卸料口排出所述油，特別如石油時，上述物品會被保留該處。其結果是，只有位于卸料口的下方或靠近該卸料口的那部分物品/異物能夠被油攜帶著從分離腔室中排出。

發(fā)明內容
按照本發(fā)明提供的設備，其屬于國際專利申請WO99/22078公開的類型，因此具有分離腔室，這個分離腔室與油穿過撇渣圍堰流入其中的腔室沿橫向分開，由獨立權利要求限定的設備的設計結構可以解決上述問題。按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例具有本發(fā)明的一個或多個獨立權利要求所限定的特征。
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明，在附圖中，以圖解方式描繪了本發(fā)明設備的實施例。


圖1和2是本發(fā)明設備的沿豎直方向的剖視圖，其分別描繪了該設備處于收集石油的工作狀態(tài)，和在該設備中積累石油的工作狀態(tài)，而且，任何由油攜帶的固體物品被該設備排放進入接收器中。
圖3是圖1和2中細部的放大視圖。
圖4是圖1和2中側視的接收器的平面圖。
具體實施例方式
在圖示的實施例中，按照本發(fā)明的設備適合于漂浮在載有低密度的、要被收集材料的水體中。在本文中，假定這種材料是油，可能其中混合有一種或另一種固體物品，例如瓶蓋、塑料塊、樹皮或木塊，或者其他物體碎片。但是，應當注意到，本發(fā)明優(yōu)先用于收集固體碎片，例如，漂浮在露天水池中的水面上的樹葉或者其它植物碎片。
這種設備的基本結構和運行過程大體上與現(xiàn)有技術中的國際專利申請WO97/07292和WO99/22078中所述的設備相同，因此本文中不再詳細描述。
如同現(xiàn)有技術中的設備，在附圖1和2所示的設備中，包括能夠浸入水中的收集容器，通常由標號11表示，其具有圓形橫截面。這種容器11形成收集腔室，通常由字母A表示。在容器11的頂部具有由撇渣圍堰K在容器11的圓形橫截面的環(huán)形內壁上形成圓環(huán)形入口，這個入口位于容器11的中央位置。這個內壁包括可以沿著豎直方向移動的上壁部分12和下壁部分13，下壁部分13相對于容器固定。在容器11的底部，收集腔室A具有底壁14，在所述底壁14上具有中央開口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沿橫向限定。收集腔室A的下子腔室C由環(huán)形外壁15沿橫向限定，環(huán)形外壁15的直徑遠遠大于內壁部分12和13的直徑，在所述的實施例中，大2～2.5倍。
在內壁12、13和外壁15之間，形成環(huán)形空間D。所述環(huán)形空間D向下開口，而且，在下壁部分13的下邊緣13A處，環(huán)形空間D與收集腔室A的上子腔室B保持開口連通，當然，也與下子腔室C保持開口連通。
部分由外壁15的向內延伸的凸緣15A，和部分由稍微具有錐形的、圓環(huán)形頂壁元件16限定環(huán)形空間D的頂部。頂壁元件16的外邊緣固定到凸緣15A上，并且，圓環(huán)形頂壁元件16的內邊緣可以座落在內壁的下壁部分13的上邊緣13B上。在如圖所示的狀態(tài)下，頂壁元件16從下方看去時是凸起形狀，并且，由具有輕微柔性的聚氨酯盤件形成，可以向上轉動，在頂壁元件16的下側和下壁部分13的上邊緣13B之間，打開一個環(huán)形間隙S，如圖2所示。
環(huán)形上臂部分12包括具有浮力的環(huán)形件12A，具有浮力的環(huán)形件12A的上部形成撇渣圍堰K，還包括具有風箱形狀的波紋管12B，波紋管12B的上端固定在具有浮力的環(huán)形件上，波紋管12B的下端固定在與頂壁元件16上并鄰近其內邊緣。
壁部分12的質量與其體積相配合，因此該壁部分在水中具有一定量向上的浮力。當壁部分12潛入水體中，而且，在不受除重力和流體靜升力之外的作用時，環(huán)形件12的頂部邊緣稍微高于水表面。
在收集容器11的底壁14稍微向上間隔開的位置設有圓形板元件17，板元件17的周邊17A與外壁部分15向內間隔開，由板元件17的周邊17A與外壁部分15形成一個環(huán)形通道18，通過環(huán)形通道18，水可以從收集腔室A流動通過底壁開口14A，進入周圍的水體中，并且自然也可沿相反方向流動。
為了在收集腔室A和圍繞收集容器的水體之間輸送水，設有雙向旋轉泵，通常由標號19表示。所述的泵19包括具有推動器形式的泵元件19A，所述泵元件19A被設置在底壁的開口14A中。在泵19的殼體19B中，容納有泵的電動馬達19C，電子控制單元(未圖示)和動力源(也未圖示)，所述動力源可以使一個或幾個電池。另外，馬達的動力可以由太陽能電池產(chǎn)生。泵19以可拆除方式借助支撐桿件20固定到底壁14上，在附圖中僅繪制了其中一個支撐桿件20，板元件17和內壁的下壁部分13的向外、并且稍微向上延伸的凸緣13C也固定在支撐桿件20上。
具有多個，例如三個，沿圓周方向均勻分布的、沿豎直方向設置的螺桿21固定到外壁部分15的法蘭15A上。這些螺桿21中的各螺桿支撐著支座23上的飄浮體22。借助螺母24，可以調整支座23的高度，進而調整在收集容器11上方的飄浮體22的高度。
支座23連接支撐著固定的水平板元件25，所述水平板元件25直接位于內壁12/13的上方。在水平板元件25中設有與內壁同心的出口25A，在出口25A上沿著垂直方向設有直立的出口管或提升管26，所說出口管26連接出口25A。形成出口的出口管26的上端開啟，形成通氣口。在所述管26的上開啟端下方，沿著橫向方向設有出口龍頭26A。一個接收容器的接口，在這種情況下是塑料袋27，也可以是軟管，通過連接裝置28連接出口龍頭26A，其方法將在下面描述。在出口龍頭26A的自由端的相鄰位置處設有環(huán)形珠緣26B。在所述環(huán)形珠緣26B和出口龍頭26A之間，安裝有夾緊環(huán)28A，由壓縮彈簧28B朝向出口龍頭的自由端推動夾緊環(huán)28A。在所述夾緊環(huán)28A的內部具有錐形頸部28C，所述錐形頸部28C從出口管26指向外。
接收袋27由塑料片材制成，最初呈扁平形狀，在接收袋27上設有管狀接口27A。當袋27要被連接到出口龍頭26A上，作為接收容器時，朝著出口管26的方向推動夾緊環(huán)28A，將接收袋的接口27A拉過珠緣26B，并且繞過具有彈性的可擴張頸部環(huán)形件27B，接口27A的端部繞過頸部環(huán)形件27B后拉回。當夾持環(huán)28A被再次釋放時，夾緊環(huán)28A的頸部28C將袋27的接口27A固定夾緊在頸部環(huán)形件27B和環(huán)形珠緣26B處，參見附圖3。
遠離接口27A的接收袋27的端部設有短的和開啟管狀排水通道27C，在所述管狀排水通道27C上具有一個小的重物27D，其趨于將排水通道27C向下方牽引。
在板元件25的下側，由環(huán)形唇密封元件29環(huán)繞出口25A，所述密封元件29與形成圍堰K的飄浮環(huán)形件12A的上端協(xié)同作用，在板元件25和飄浮圍堰K之間密封間隙S。
當收集設備位于水體中時，例如位于開放水域或具有多種限制的區(qū)域內時，例如水池，或者由飄浮水柵(floating booms)包圍的區(qū)域內時，收集腔室A將迅速被水填充，而且整個設備相對于水表面占據(jù)一個高度，因此水表面稍微低于板元件25的水平位置，如圖1所示。在此位置，收集設備中的飄浮環(huán)形件12A接合唇形密封元件29。扁平的接收袋27飄浮在水面上，排水通道27向下延伸。
當泵19運行，并且將水泵送出收集腔室A，向下進入圍繞著收集設備的水體中時，上壁部分12將其撇渣圍堰K相對于水表面定位在溢流位置，因此收集腔室A將連續(xù)供給水和油，以及攜帶的任何固體材料。根據(jù)泵送出的水量相對于流入的水量，上壁部分12能夠相對于水表面進行自動調整。因此，上壁部分12總是會保持水流入和流出的平衡狀態(tài)。
由泵19產(chǎn)生的向下流動的水流導致水流和油向下流入收集腔室A的中央的上子腔室B中，通過下壁部分13的水平的下邊緣13A和向外朝著外壁部分15流動。當水流和油流進入收集腔室A中的下子腔室C內、下邊緣13A的下方時，液流在腔室D中在整個水平橫截面上將沿著水平方向分布，所述水平橫截面基本上大于由壁部分12和13限定的上子腔室B的水平橫截面。
所以，水平流動的速度急劇下降。由水攜帶的油和任何固體材料越過撇渣圍堰K，因為在上子腔室中具有相對較高的流動速度，向下進入環(huán)形腔室D，所述環(huán)形腔室D位于壁16和凸緣15A的下方，油和各種固體材料借助其較低密度在腔室中上升到上面部分。因此攜帶的油和任何固體材料在腔室D的頂部積累，并且與水分開，在水表面形成一層。
按照上面所述方式，在水流從上方流入收集腔室A，并且，在分離腔室D中分離流進腔室D中的油的同時，由于流體靜壓力作用在壁元件16的上側，壁元件16受壓進入與壁部分13的上邊緣13B密封接合的狀態(tài)。該壓力大于作用在相應高度的波紋管12B內側的流體靜壓力，這是因為，圍繞著浮動的環(huán)形件12A的水表面高于浮動的環(huán)形件內側的水表面。因此，壁部分13的上邊緣13B和壁元件16共同作用，形成瓣狀閥門元件，由此形成的閥門可以防止在分離腔室D的水表面上積累的油從該腔室中排出。
在收集操作開始進行，經(jīng)過合適的時間之后，電子控制單元(未圖示)將使泵19響應分離腔室D中超聲波傳感器30給出的、指示在腔室中已經(jīng)積累了足夠的油量的信號，反向運行，因此由泵向收集容器11中泵送水。其結果是，收集容器11中水的表面位置升高，上壁部分12上的飄浮環(huán)形件12A與板元件25上的密封元件29接觸，并且形成密封，由此緊密封閉間隙S。
當執(zhí)行上面所述的操作時，作用在壁元件16上的純流體靜壓力反向作用，以便壁元件16向上圍繞其外邊緣轉動，并且在壁元件16的下側和壁部分13的上邊緣13A之間開啟一個環(huán)形出口間隙R。這種狀態(tài)如圖2所示，其中呈錐形的壁元件相對于圖1中所示的情況相反。由于油具有的低密度，在分離腔室D中的油將向上流入收集腔室A中的上子腔室B內，并且在壁部分12內側的水表面上方積累。如圖2所示，壁元件16在此位置向內并且向上傾斜，在分離腔室B中積累的任何固體物品，和任何在壁元件16的下側的固體物品都將隨著油被排出。
繼續(xù)將水泵送進入收集容器11中，將使油受向上的推力作用，在下方水的作用下，推送油進入出口或提升管26中，并且從溢流出口龍頭26A流出進入接收袋27，所說袋27飄浮在收集設備周圍的水面上。通過出口龍頭26A和出口管26的開啟的上端為接收袋提供需要的出路。進入接收袋27中的由油攜帶的水將位于其中的底層，這些水可以通過排出通道27C排出。
響應位于出口管26中的超聲波傳感器31給出的新的、指示實質上所有的油已經(jīng)基本上被排出的指示信號，泵19再次反向運行，重復上面所述的操作過程。如果接收袋27已經(jīng)被填充，在重復操作過程之前，必須更換新的接收袋。當接收袋27從出口龍頭26A上被拆下時，接收袋的接口27A和排出通道27C很容易被封閉，例如借助塑料夾具，可以采用任何合適的方式對接收袋進行處理。
從上述描述可知，壁元件16作為瓣閥門元件，壁部分13的上邊緣13作為閥座，構成閥門，根據(jù)作用在閥門上的流體靜壓力的壓力差的方向，控制間隙R的開啟和閉合，所述間隙R為分離腔室D形成一個開口。根據(jù)泵19產(chǎn)生的水流方向，改變上述流體靜壓力的壓力差的方向。在所述實施例中，借助超聲波傳感器30和31產(chǎn)生的信號自動控制泵19，但是，也可以采用不同的方式控制泵19。
在本發(fā)明設備的一個未圖示的實施例中，內壁的上、下壁部分呈圓柱形，并且套疊設置，其基本上類似于國際申請WO99/22078中所說設備的上下壁部分。在此實施例中，上壁部分具有這樣的設置結構，當位于分離腔室和收集腔室之間的閥門被開啟時，即，當上壁部分上升到其最高位置時，允許分離腔室中的油和固體材料向內并且向上流動進入上方的子腔室中。其它未圖示的可能的修改方式都屬于本發(fā)明的范圍，并且記載在本發(fā)明的權利要求書中。
也可以采用其他設備將收集材料排入接收容器中，其中將收集到的材料向上排出，并且輸送到接收容器中，如國際申請WO97/07292和WO99/22078中所示的設備。
權利要求
1.一種用于收集材料，特別是收集飄浮在水體表面的油的設備，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)，其由內壁(12/13)沿橫向限定，并且具有撇渣圍堰(K)，由后者形成收集腔室(A)的入口；下子腔室(C)，其由外壁(15)沿橫向限定；底部出口(14A)；用于通過底部出口(14A)從收集腔室(A)排放水的裝置(19)；由內壁(12/13)和外壁(15)限定用于飄浮材料的分離腔室(D)，所述分離腔室(D)與收集腔室(A)的上子腔室(B)開口聯(lián)通；其特征是，在分離腔室(D)的頂部設有閥門(16/13B)，當閥門處于開啟位置時，聯(lián)通收集腔室(A)的分離腔室(D)和上子腔室(B)。
2.按照權利要求1所述的設備，其特征是所述閥門(16/13B)基本上圍繞收集腔室(A)的上子腔室(B)延伸。
3.按照權利要求1或2所述的設備，其特征是內壁(12/13)和外壁(15)呈環(huán)形，并且同心設置。
4.按照權利要求1～3之一所述的設備，其特征是所述閥門包括一個環(huán)形閥門元件(16)，所述環(huán)形閥門元件圍繞收集腔室的上子腔室(B)設置，環(huán)形閥門元件(16)在其封閉位置與內壁上的環(huán)形閥座(13B)密封接合。
5.按照權利要求3所述的設備，其特征是閥座(13B)被設置在內壁(12/13)的下部分(13)，內壁的上部分(12)的下端固定到閥門元件上，并且可以隨著閥門元件一同移動。
6.按照權利要求5所述的設備，其特征是上部分(12)的高度可以變化。
7.按照權利要求6所述的設備，其特征是上部分(12)在其高度的至少一部分上由環(huán)狀的波紋管(12B)構成。
8.按照權利要求1～7之一所述的設備，其特征是通過作用在閥門上的流體靜壓力的壓力差的作用，閥門(16/13B)可以在閉合和開啟位置之間運行。
9.按照權利要求1～8之一所述的設備，其特征是通過作用在內壁(12/13)外側上的水壓力的作用，閥門(16/13B)朝著閉合方向動作。
10.按照權利要求1～9之一所述的設備，其特征是由浮力體(12A)形成撇渣圍堰(K)。
11.按照權利要求1～10之一所述的設備，其特征是由出口(25A)連通收集腔室(A)的上子腔室(B)，并且包括一個提升管(26)，在所述提升管(26)的上端具有通氣開口，一個溢流出口(26A)位于通氣出口下方的位置。
12.按照權利要求11所述的設備，其特征是具有接口(27A)可分拆漂浮接收容器(27)，其接口(27A)可拆除地連接到溢流出口(26A)上，遠離接口(27A)的可分拆排水通道(27C)被設置在所述接收容器的底側。
13.按照權利要求12所述的設備，其特征是溢流出口(26A)呈管狀，漂浮接收容器(27)的接口(27A)呈管狀，并且可以在溢流出口(26A)上滑動，借助夾緊環(huán)連接器(28)夾緊于所述接口，所述夾緊環(huán)連接器(28)包括可以沿軸向移動的夾緊環(huán)(28A)，所述夾緊環(huán)(28A)圍繞著溢流出口(26A)，還包括位于溢流出口(26A)上的環(huán)狀珠緣(26C)。
14.一種用于收集材料，特別是收集飄浮在水體表面的油的設備，其包括用于容納飄浮材料的腔室(A)，其特征是由一個出口(25A)連通容納空間(A)，并且包括提升管(26)，在所述提升管(26)的上端具有通氣開口，并且在通氣開口的下方具有溢流出口(26A)。
15.按照權利要求14所述的設備，其特征是可分拆的漂浮接收容器(27)具有一個接口(27A)，所述接口(27A)可拆除地連接到溢流出口(26A)上，在遠離接口(27A)的該接收容器(27)的一側設有可封閉的排放通道(27C)。
16.按照權利要求14或15所述的設備，其特征是溢流出口(26A)呈管狀，漂浮接收容器(27)的接口(27A)呈管狀，并且可以在溢流出口(26)上滑動，借助夾緊環(huán)連接器(28)夾緊所述接口，所述夾緊環(huán)連接器(28)包括可以沿軸向移動的夾緊環(huán)(28A)，所述夾緊環(huán)(28A)圍繞著溢流出口(26A)，還包括位于溢流出口(26A)上的環(huán)狀珠緣(26C)。
17.按照權利要求16所述的設備，其特征是夾緊環(huán)連接器還包括設置在接收容器接口(27A)上的中間環(huán)形件(27B)，而且所述中間環(huán)形件(27B)被設置在夾緊環(huán)(28A)和珠緣(26)之間。
18.一種用于收集材料，特別是用于收集飄浮在水體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)是具有一個接口(27A)和一個可封閉的排放通道(27C)的袋狀容器(27)，所述排放通道(27)被設置在遠離所述接口的容器的一側。
全文摘要
一種用于收集材料,特別是用于收集飄浮在水體表面的油的撇渣設備,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),其由內壁(12/13)沿橫向限定,并且內壁(12/13)具有撇渣圍堰(K)形成收集腔室(A)的入口;還包括下子腔室(C),其由外壁(15)沿橫向限定,并且連通底部出口(14A)。收集腔室(A)與裝置(19)相互連接,以便通過底部出口(14A)從收集腔室(A)中排出水。由內壁(12/13)和外壁(15)限定用于飄浮材料的分離腔室(D)。所述分離腔室(D)與收集腔室的上子腔室(B)開口連通。在分離腔室(D)的頂部設有閥門(16/13B),當閥門處于開啟位置時,連通收集腔室(A)的分離腔室(D)和上子腔室(B)。
文檔編號E02B15/10GK1361840SQ00810458
公開日2002年7月31日 申請日期2000年8月16日 優(yōu)先權日1999年8月16日
發(fā)明者斯蒂格·倫德貝克 申請人:沖浪清潔器股份公司