撇取和分离设备的制作方法

本公开涉及根据独立权利要求的前序部分的撇取和分离设备。

背景技术：

本文公开了一种用于收集漂浮在表面上的材料的撇取和分离设备，其可以用于收集呈固体和液体的、漂浮在水上的不同种类的污染物，但是其特别被设计成并且适于收集溢在水面上的油，包括与固体材料混合的油。

在WO97/07292和WO99/22078中公开了现有技术系统的各种示例。此外，US-6743358、US-7807059和WO-2014/168577公开了与本申请中公开的撇取和分离设备相关的系统和设备。

这些已知的系统和装置包括收集器皿，该收集器皿被设置有侧壁，该侧壁包括上部壁部件，即浮子，该浮子具有一些浮力。浮子在其下部侧附接到基本上竖直布置的波纹管，以允许浮子从没有流可进入装置的上部位置移动到形成撇取堰的下部位置，以使得水和碎屑的流能够沿着浮子的轮廓并撞上敞开的圆形水舱，即撇取舱，该舱的水位由螺旋桨的速度、浮子的浮力以及由波纹管与浮子之间的面积差所产生的力梯度确定。

在US-6743358中公开的一种已知设备中，圆形水舱在其上部端部与大气压力敞开接触，并且其下部端部由保持收集器皿的入口的壁界定。

在WO-2014/168577中公开了一种设置有成角度的管嘴的撇取和分离设备，该管嘴被布置成实现从撇取舱到封闭的分离和收集舱的流动。成角度的管嘴使包括污染物的流体在分离和排放舱内获得旋转运动。流体在分离和排放舱中的旋转形成具有均匀的竖直速度的大的水平区域。流体在分离舱的底部的排放将产生竖直取向的速度。该速度可以被调整到低于使重力分离力产生以将污染物带向排放区域/舱的速度。分离舱在上部通过具有排放开口的顶部壁界定，油和其他污染物可通过进入分离和收集舱的水和/或污染物的等量交换从排放开口排出。水可以通过收集器皿并通过收集器皿的底部壁中的开口排放到或供给到封闭的分离和收集舱中，马达和螺旋桨被布置在该底部壁中的开口中。

通过使螺旋桨反向并将水供给到分离和收集舱来使所收集的碎屑从收集舱排放。这导致通过收集器皿的回流，该回流致使撇取堰压靠覆盖板，从而导致撇取和收集舱的闭合和压力增加。这将进一步导致分离和收集舱中的压力增加，从而导致收集舱中所收集的油将被加压并且通过排放开口排出并进入合适的接收部中。WO-2014/168577中描述的水和污染物产生的旋转在许多方面是有利的。然而，在某些情况下，各种固体物体(例如泡沫)被油携带并且可能发生堵塞，这在从分离和排放舱排放时又可能引起一些问题。

此外，在一些情况下，在WO-2014/168577的系统中经常应用的间歇性排放阶段在将污染物从分离器输送到合适的收集罐中时可能引起一些问题。另外，间歇性排放阶段是耗时的并且可能降低撇取和分离设备的总容量。

进一步表明，漂浮的固体碎屑，例如，瓶盖、塑料片、树皮片和木材片、叶片或其他不会形成滴形式的植物碎屑花费相当长的时间向上漂浮到分离单元的顶部以便最终排放到储罐中。

因此，本发明的目的是实现一种改进的撇取和分离设备，该设备消除或至少减轻了上述缺陷。改进后的设备使用起来更省时间、具有更高的容量、并具有改善处理漂浮的固体碎屑的能力。

技术实现要素：

至少上文所述的目的通过本发明并根据独立权利要求实现。优选的实施例通过从属权利要求阐述。

根据本发明的第一方面，它涉及一种撇取和分离设备，该设备包括向大气压力敞开的旁通构件或具有自动控制的恒定负压力的旁通构件，该负压力提供以用于将所收集的漂浮污染物从分离单元连续地移除并且有助于污染物输送到合适的储罐，而不干扰撇取和分离设备的分离功能。

根据本发明的第二方面，撇取和分离设备设置有引导单元，该引导单元能够实现用于固体碎屑(例如瓶盖、塑料件、树皮片和木材片、叶片或其他植物碎屑)的旁通功能，使得固体碎屑将直接进入舱的排放区域以便所收集的碎屑通过抽吸力进一步输送至合适的存储单元。

附图说明

图1a和图1b公开了根据本发明的设置有旁通构件(B)的分离器(S1)的第一实施例的横截面视图，该旁通构件向大气压力敞开，从而允许气体的流动以有助于碎屑和/或油连续流动到合适的真空罐(未示出)。

图2a-2b公开了具有较高分离因子的设置有旁通构件(B)的分离器(S2)的第二实施例的横截面侧视图，该旁通构件向大气压力敞开，从而允许气体的流动以有助于碎屑和/或油连续流动到合适的真空罐(未示出)。图2c公开了沿图2b中的线A-A截取的横截面视图。

图3a和图3b公开了分离器(S2)的第二实施例的修改形式的横截面视图，以增加浮力从而避免水进入敞开的旁通构件中。

图4a-4c公开了分离器(s2)的第二实施例的横截面视图，其中自动控制的旁通构件(C)既保持恒定的负压力以增加浮力并且还允许气体的流动，以有助于碎屑和/或油连续流动到合适的真空罐(未示出)。

图5a-5b公开了分离器(S1)和(S2)的横截面视图，其中，包括指状引导元件(22)的引导单元(Gu)被设置以形成用于固体碎屑的旁通道，使得固体碎屑将直接进入用于所收集的碎屑的舱的顶部，以便通过负压力/真空进一步输送至合适的真空罐。图5c是引导元件Gu的俯视图。

图6a-6b公开了分离器(S1)的第一实施例的横截面视图，其中，引导单元的指状引导元件(22a)形成旁通道以使固体碎屑直接进入用于所收集的碎屑的舱的顶部，并且其中，顶部盖子(26)和螺旋桨(8)的反向旋转产生压力，导致所收集的碎屑被排空到例如合适的漂浮性过滤袋中。

图7a-7b公开了具有高分离因子的分离器(S2)的第二实施例的横截面视图，其中引导单元的指状引导元件(22b)形成旁通道以使固体碎屑直接进入用于所收集的碎屑的舱的顶部，并且其中，顶部盖子(26)和螺旋桨(8)的反向旋转产生压力，导致所收集的碎屑被排空到例如合适的漂浮性过滤袋中。

图8a和图8b公开了用于清洁水表面的具有或不具有适于作为电池供电式分离真空管嘴的引导单元(Gu)的撇取和分离设备的第一(S1)和第二(S2)实施例的横截面视图。

图8c是撇取和分离设备的透视图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述撇取和分离设备。在整个附图中，相同或类似的项目具有相同的附图标记。此外，这些项目和附图并不必须按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。

图1-4示出了设置有旁通构件(B)或旁通构件(C)的撇取和分离装置的各种实施例，该旁通构件(B)向大气压力敞开，在旁通构件(C)中，真空动力源用于向先导操作式调节器或电动-气动式调节器提供动力以维持预定的恒定负压力，从而增加撇取和分离设备的在入口水平面上方(分离器外侧)的收集空间(volume)的高度。这是为了确保没有水进入旁通构件(C)，该旁通构件(C)例如通过向所收集的污染物添加空气可以确保连续移除所收集的碎屑并且有助于将该碎屑输送至合适的真空和储罐(未示出)，而不会干扰设备的正在进行的分离功能。

首先参考图1a和图1b，示出了S1类型的撇取和分离设备，该撇取和分离设备被设置有向大气压力敞开的旁通构件B。S1类型的撇取和分离设备包括外壳1，外壳被设置有直接或间接地附接有包括浮子(未示出)的部件的结构。外壳1限定出敞开的容器2。

浮子3被设置并被构造成产生设备的撇取功能。浮子在其下侧部被附接到基本上竖直布置的波纹管4，以允许浮子从图1a所示的上部位置移动到如图1b所示的下部位置，在该上部位置，基本上没有流将进入容器2，在下部位置，水5和碎屑6的流可以沿着向下的方向流入容器2中。

水将沿着浮子3的轮廓并向下流到水位7。水位7由螺旋桨8的速度、浮子3的浮力以及作用在波纹管4和浮子3上的力梯度确定。

优选地布置圆柱形挡板9，该挡板可以是漂浮的和/或附接到浮子3或外壳1。挡板9被构造成减少收集舱10中的湍流并由此有助于碎屑返回到圆柱形挡板9内的表面区域11。该图示的示例中碎屑6包括漂浮的泡沫，该泡沫在许多污水处理厂中是一个大问题。如果漂浮的泡沫层厚，则它将跟随水流进入容器2中并在很大程度上“越过”圆柱形挡板9并积聚在表面区域11上。具有或不具有柔性构件b2的具有抽吸管嘴b1的旁通构件B在该示例中通过杆1a附接至外壳1，并且进一步附接至抽吸管12，该抽吸管进一步附接至负压力(真空)源和容器(未示出)。旁通构件向大气压力13敞开并且将与抽吸管12中的负压力(真空)相结合产生抽吸力，该抽吸力将产生空气流，该空气流将连续地处理进入空气流的所收集的碎屑。因此，空气混合物或例如热蒸汽将有助于将所收集的污染物输送到合适的真空罐(未示出)，而不会干扰设备的分离功能，即，分离功能绕道进行。

在图2a和图2b中示出了配备有旁通构件(B)的S2类型的撇取和分离设备，该旁通构件(B)向大气压力敞开并设置有抽吸管嘴b1。S2类型的撇取和分离设备包括外壳1，外壳被设置有包括直接或间接附接到外壳的部件的结构。那些部件包括浮子(未示出)并且还限定敞开的容器2。图2a示出处于静止位置的撇取和分离设备，图2b示出了处于工作位置的设备。

浮子3被设置并被构造成产生设备的撇取功能。浮子在其下侧部被附接到基本上竖直布置的波纹管4，以允许浮子从图2a所示的上部位置移动到图2b所示的下部位置，上部位置使得基本上没有流进入容器2，下部位置产生如关于图1所述的撇取堰。水5和碎屑6的流沿向下的方向首先进入收集式圆环面形状的敞开的舱14中，该敞开的舱被构造成将薄的漂浮层汇集成较厚的层35。流到舱14的表面的流产生湍流，湍流形成例如油和/或泡沫的珠滴，该珠滴具有适当的流速以流入输送管15并且最终将进入向大气压力敞开的分离和收集容器2中。

如在图2a和图2b中清楚地看到的那样，抽吸管12穿过侧壁进入设备并向上弯曲并且终止于具有漏斗结构的抽吸管嘴b1，该抽吸管嘴具有在稍微低于浮子3的水平面的水平面处向上变宽的漏斗结构。抽吸管嘴的漏斗结构形状和取向能够形成流体的混合区域。

图2c公开了穿过图2a和图2b中所图示的分离设备的下部部分的俯视横截面视图，其中输送管15包括成角度的下部管部分，即偏转单元16，该偏转单元被构造成引导管中的液体流沿着基本水平向外的方向进入容器2内部，使得液体流的方向相对于容器1的外部竖直壁17处于倾斜方向。所有的(例如五个)偏转单元16相对于壁基本上以相同的角度v布置，例如，沿着在与分离器壁成20-60度的范围内的方向布置，由此来自所有管的液体流将一起产生水和污染物在分离舱2内的由箭头16a所示的旋转运动。

角偏转单元16产生旋转的流，这进而引起流朝向螺旋桨8的流出路径的竖直速度的基本均匀的分布。可以设置挡板18，挡板可以减少由螺旋桨8产生的湍流。

对于密度接近水的密度的流体，朝向螺旋桨8的竖直速度必须较低，以便不克服力图将污染物带向舱2的敞开的收集部分的顶部的重力。敞开的容器2还配备有向大气压力敞开的旁通构件(B)，该旁通构件包括附接到抽吸管12的真空管嘴(b1)，该抽吸管附接到并穿过容器2，并且进一步被连接到真空容器(未示出)。当越来越多的污染物处于容器的敞开的收集部分中时，由于该污染物具有比水低的密度的事实，它们将开始升高到圆环面形状的舱14中的水位上方。抽吸管嘴b1与敞开的旁通结构B结合将通过使用空气混合物(或蒸汽和/或热水，如果例如收集厚的原油的话)使所收集的碎屑6连续地从分离器移除，而不会干扰分离器的分离功能，同时保持使所收集的污染物快速移动到储罐。在不需要来自反向的螺旋桨力的支持的情况下，污染物的连续移除可以显著地增加设备的分离能力。

如果所收集的污染物的密度接近水的密度，则由所收集的污染物产生的重力将太低而不能迫使污染物进入真空管嘴b1中。在这些情况下，螺旋桨8的旋转速度可以通过控制单元(未示出)从例如电容传感器(该电容传感器例如附接至真空管12(未示出))获得信号而暂时降低，导致水位以及因此还导致所收集的碎屑将更接近管嘴(b1)的入口，如图2a中所表示的。该问题也可以如关于图3a和图3b以及图4a-4c所公开的那样来解决。

对于具有低密度的大量污染物(例如，泡沫)，该实施例S2以及关于图1a和图1b所描述的实施例S1被构造成接收和排放通过使污染物流过舱14和2之间的阻挡部而直接进入管嘴(b1)的污染物。

图3a和图3b中所示的实施例类似于图2a-2c中所示的实施例，其中它们都包括S2类型的撇取和分离设备，该设备设置有具有抽吸管嘴b1的旁通构件(B)，该旁通构件向大气压力敞开。S2类型的撇取和分离设备包括外壳1，该外壳设置有直接或间接附接包括浮子(未示出)的部件的结构，并且该外壳还限定出敞开的容器2。

图3a示出了S2类型的分离设备，其中，外部竖直壁17和输送管15被延长以产生具有更大深度的更大的收集污染物空间，以便特别是当所收集的污染物具有的密度接近水的密度时产生更大的重力。更大的重力将迫使所收集的污染物进入抽吸管嘴(b1)，并且将其与空气混合物(或蒸汽和/或热水，如果例如收集粘稠原油的话)一起运送到合适的真空罐(未示出)。

图3b示出了S2类型的分离设备，其中容器2的内部竖直壁17a和输送管15被延长，尤其是以便产生更大深度的收集污染物空间，从而在所收集的污染物的密度接近水的密度时产生更大的重力。更大的重力将迫使所收集的污染物进入抽吸管嘴(b1)，并且将其与空气混合物(或蒸汽和/或热水，如果例如收集粘稠原油的话)一起运送到合适的真空罐(未示出)。

在图4a-4c中公开了根据本发明的另一实施例的示例，其中真空动力源为先导P操作式调节器或电动-气动式调节器旁通构件C提供动力。旁通构件C在图4c中以较大比例示出。

恒定的负压力将增加管19中所收集的碎屑20的高度，从而导致增加的重力，这意味着如果水柱要替代所收集的碎屑，它将会太重而不能到达管嘴(b1)的出口水平面，因此确保没有水进入收集真空罐中。旁通构件C被构造成连续地处理进入空气流中的所收集的碎屑，使得空气混合物或者例如热蒸汽帮助将所收集的污染物输送到合适的真空罐(未示出)，而不会干扰设备的分离功能。

如果存在少量的污染物要被分离，则可以提供传感器并将传感器安置在收集舱的下部部分(未示出)内。这些传感器可以感测参数，例如，压力、电导率，该参数可用作控制参数来打开和关闭抽吸力。

参考图5-7，将描述本发明的其他实施例。根据这些实施例，提供了引导单元Gu。引导单元被构造成布置在本文公开的撇取和分离设备中，并提供用于特别是固体碎屑24(例如，瓶盖、塑料片、树皮片和木材片、叶片或其他植物碎屑)的旁通功能。然后，固体碎屑将直接进入所收集的污染物的顶部25，以通过真空动力式旁通系统B进一步输送到合适的真空罐。如图7中所示的，碎屑也可以通过压力输送到合适的存储单元。

图5c是示出了引导单元(Gu)的示例的俯视图。引导单元Gu是具有基本上圆形形状的预成型单元，其直径适配于分离器设备的直径，其中该单元将关于浮子3布置。在一个实施例中，引导单元Gu设置有向内定向的或多或少地硬的指状突出部22。在图5c中，通过示例22a和22b进一步示出了指状物22如何被制造成具有引导功能和弯曲可能性。指状突出部22a可以以例如任何合适的塑性聚合物进行模制，其中可弯曲的铰接部由外环23和指状突出部22a之间的窄聚合物接触件构成。优选地，引导单元的指状物具有相同的长度，并且指状物的长度适配于设备的尺寸，即它们具有确保固体碎屑被引导到旁通构件的排放区域的长度。

指状突出部22b可以由不锈钢制成并具有接近外环23的可弯曲区域。

在图5a和图5b中分别示出了之前公开的撇取和分离设备S1和S2的横截面视图，以说明在这些情况下，预成型的引导单元Gu将如何把固体碎屑24直接引导到所收集的污染物的顶部25上，以通过真空动力式旁通系统B进一步输送到合适的真空罐。

图6-7中示出了另外的实施例。这些实施例特别适合用于由例如太阳能能量供电的较大系统中，以对湖泊、河流等上的表面进行清洁。在图6和图7所示的这些实施例中，设置有可弯曲指状物22a和22b的引导单元Gu分别附接到撇取和分离设备S1和S2中的浮子3。引导单元Gu被构造成将像例如瓶盖、塑料片、树皮片和木材片、叶片或其他植物碎屑的碎屑24直接传送到在其他收集到的污染物的顶部25之上的排放区域Dz，以通过压力进一步输送到合适的存储单元。在这些图示的实施例中，盖子26附接到浮子结构(未示出)，该浮子结构进一步(未示出)附接到外壳1。盖子26进一步被配备有合适的袋单元27，以在整个结构的排空阶段期间作为具有进一步过滤可能性的存储单元工作。盖子具有基本上圆形的形状并且水平布置。盖子被适配成与浮子的上部表面配合，使得在收集阶段中，出现浮子3与盖子26的下部表面之间的空气间隙28。在排空阶段期间，浮子的上部表面和盖子的下部表面彼此直接接触。这将在下文被进一步讨论。

图6a和图7a分别示出了撇取和分离设备S1和S2在其收集阶段期间的横截面视图。在此阶段期间，在浮子3的顶部上的水和碎屑的流与盖子26之间将存在空气间隙28。除了将较大的碎屑24绕道到排放区域Dz的可能性之外，撇取和分离设备S1和S2分别将能够执行上面已经描述的分离。具体地，图7a和图7b(S2)所示的实施例甚至能够分离油污染物。

在图6b和图7b中分别示出了撇取和分离设备S1和S2在其排空阶段期间的横截面视图。在该阶段期间，与图6a和图7a中所示的收集阶段期间的旋转方向相比，螺旋桨8将改变其旋转方向，这通过来自其控制箱(未示出)的控制信号实现。这将在容器2内产生正压力，该正压力导致浮子3将向上移动直到浮子直接接触盖子26。所收集的污染物和较大的碎屑的整个表面区域现在将被迫使离开分离器，并根据这些实施例进入合适的污染物收集构件(27)，例如，收集过滤袋27。在排空阶段期间形成的流体高度将迫使漂浮在具有适合的漂浮特征的浮体(未示出)上的整个设备下沉得更深，这将减少对使污染物排放到例如过滤袋27中的提升力的需要。这将减少能量消耗并有利于太阳能电池供电式表面清洁系统，即该系统需要较少的电力。

在图7b所示的S2类型的撇取和分离设备的一个变型中，袋26可以设置有用于处理油污染物的吸油过滤器。

图8a-8c示出了撇取和分离设备的另外的实施例，该设备是一个具有浮体29的电池供电式和手动移动式分离器。图8c是该设备的一个变型的示意性透视图。

这些设备配备有向大气压力敞开的旁通构件B。可选地，该设备可以被设置有引导单元(Gu)，其中旁通构件被连接到抽吸管12，该抽吸管进一步被附接到例如大型的湿式真空清洁器或移动式真空车。第一实施例(S1)特别适于收集污水净化厂中的漂浮的泡沫或水池上的漂浮的碎屑，例如，瓶盖、塑料片、树皮片和木材片、叶子或其他植物碎屑。

这些实施例也可以以更大的尺寸构造，即直径达数米的尺寸，然后可以被设计为例如由带真空罐的拖船驱动和推动的表面清洁船或平台。

在所有上述实施例中，螺旋桨8可以是切削类型的，以避免碎屑缠绕住螺旋桨。上面提到的实施例也可以用于构建更大的单元和平台，以用于例如离岸使用、湖泊和河流清洁，其中，例如，发电机、蒸汽发生器、杂草切割设备、螺旋泵等可适用于改善污染物向合适的存储单元的输送。

本发明不限于上述优选的实施例。可以使用各种替代例、修改和等同物。因此，上述实施例不应被视为限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。