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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen zweier unterschiedlicher
Materialien, insbesondere zweier unterschiedlicher Fluide und ganz
besonders ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen zweier
zumindest teilweise unvermischbarer Flüssigkeiten, welche unterschiedliche
Dichten oder spezifische Dichtezahlen aufweisen. Besonders betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen
eines organischen Materials, wie zum Beispiel eines Öls oder
eines anderen oleophilen Materials und einer Wassermischung, bevor
die Wasserkomponenten in einen Abfluss oder ein Abfallentsorgungssystem
abgelassen werden, wie zum Beispiel ein Abfluss- oder Abwassersystem
einer Kommune, einer Stadt oder Großstadt. Die vorliegende Erfindung
findet besonders Anwendung beim Trennen von Motorenöl und anderen
Erdölprodukten
und Kohlenwasserstoffen, insbesondere jene, die in der Automobilindustrie
verwendet werden, von Wasser wie Waschwasser, Ablaufwasser und Regenwasser.
Andere Anwendungen in der Klärwasser-
und Abwasserentsorgungsindustrie werden auch angenommen sowie auch
Anwendungen in der Offshore-Ölindustrie.
Das Verfahren und die Vorrichtung können auch zum Trennen von Feststoffpartikeln
aus Fluiden nutzvoll sein.
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Es ist anzumerken, dass die vorliegende
Erfindung beim Trennen von jeglichen zwei ungleichen Fluiden Anwendung
finden kann, insbesondere Flüssigkeiten,
vorausgesetzt, dass die Trennung unter dem Einfluss der Schwerkraft
erreicht werden kann. Die vorliegende Erfindung kann auch in einem
weiten Bereich von Industrien und mit einem diversen Bereich von
Produkten Anwendung finden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
mit besonderem Bezug zu einer speziellen Form des Öl- und Wasserseparators
in einer speziellen Anwendung beschrieben wird, ist anzumerken,
dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt
ist und vielmehr den Rahmen der vorliegenden Erfindung nutzt, wie
er in den Ansprüchen
definiert ist, und andere Anordnungen der Trennvorrichtung und Verwendung
dieser Ausführungsformen
und Anordnungen in anderen Anwendungen als die spezifisch beschrieben, einschließlich anderer
Verfahren, einschließt.
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Ein Problem, das bei Servicestationen
und anderen Einrichtungen zur Bedienung von Automobilen auftritt,
ist dass Motoröl
und andere Kohlenwasserstoffprodukte, die in der Automobilindustrie
verwendet werden, auf den Boden und andere Flächen spritzen oder auf andere
Weise abgesetzt werden, wie in Einfahrten oder Vorhöfen von
Servicestationen, auf denen Fahrzeuge bedient, gefahren oder geparkt
werden. Beim regelmäßigen Reinigen
dieser Flächen
und wenn der Vorhof der Servicestation abgespritzt wird oder bei
Regenniederschlägen
mit ablaufendem Wasser, fließen
Schadstoffe enthaltendes Wasser oder andere Erdölproduktschadstoffe in das Regenwasserablaufsystem
oder andere Abwasserableitungen. Mit zunehmender Sorge um die Umwelt werden
strengere Anforderungen bezüglich
der Entsorgung von Abfallprodukten (sei es freiwillig oder gesetzlich)
in Kraft gesetzt. Deshalb besteht ein zunehmender Bedarf, ein Verfahren
zur Verfügung
zu stellen, das Schadstoffe aus Wasser entfernt, bevor das Wasser
in das Ableitsystem abgeführt
wird. Dementsprechend ist das Vorhandensein eines Öl- und Wasserseparators
besonders wünschenswert
in Servicestationen oder anderen Einrichtungen, wo ein hohes Risiko
einer Verunreinigung durch Produkte auf Ölbasis besteht, wenn Wasser
in das normale Ableit- oder Abwassersystem eintritt.
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Ein Nachteil bekannter Separatoren
oder Fallen ist, dass sie schwierig zu reinigen und zu warten sind.
Einige sind ineffizient und nehmen einen großen Raum ein. Zu Zeiten hoher
Regenmengen laufen einige Separatoren oder Fallen über, so
dass angesammeltes Öl
in das Ableitsystem gespült
wird. Darum besteht ein Bedarf für
einen Separator, der leicht zu reinigen und zu warten ist.
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In einigen verfügbaren Trennvorrichtungen werden
große
Wasservolumen zusammen mit dem gesammelten oder abgetrennten Öl zurückgehalten. Weil
die Kosten der Entfernung und des Transports vom transportierten
Volumen abhängig
sind, sind die Entsorgungskosten des Öls zusammen mit übermäßigen Mengen
an zurückgehaltenem
Wasser, gemäß der Menge
an im Öl
vorhandenen unerwünschten Wasser,
unnötig
erhöht.
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Deshalb besteht ein Bedarf, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, um Öl von
Wasser zu trennen, das geeignet ist zur Verwendung in Kleinbetrieben
wie Servicestationen, welches Verfahren und Vorrichtung leicht gewartet
werden kann, so dass die Vorrichtung im Wesentlichen betriebsbereit
bleibt. Zusätzlich
besteht ein Bedarf, einen geeigneten Separator oder Separationssystem zur
Verfügung
zu stellen, das kostengünstig
ist, leicht zu warten und effizient, so dass die Kosten zum Entfernen
und Transportieren jeglichen zurückgewonnenen Öls reduziert
werden können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
obigen Nachteile zu überwinden
oder wesentlich zu mindern, indem ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verfügung
gestellt werden, die zu einer verbesserten Trennungseffizienz zweier
ungleicher Fluide führt.
Zusätzlich
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, mindestens in einigen
bevorzugten Ausführungsformen,
einen Separator zur Verfügung
zu stellen, der eine kompakte Größe aufweist,
der billig zu bauen und zu installieren ist, leicht gewartet und gereinigt
werden kann und der effizienter ist als verfügbare Separatoren, und Verfahren
zur Nutzung solcher Separatoren zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Trennvorrichtung zur Verfügung gestellt, um im Wesentlichen
mindestens zwei zumindest teilweise unvermischbare Flüssigkeiten
zu trennen, welche unterschiedliche Dichten besitzen, wobei die
Vorrichtung ein Gehäuse,
welches eine Wand besitzt, eine Einlasseinrichtung zum Einlassen
einer Mischung von den mindestens zwei zumindest teilweise unvermischbaren
Flüssigkeiten,
eine Trenneinrichtung zum zumindest teilweisen Trennen der eingelassenen
Mischung in mindestens eine erste Flüssigkeitskomponente und eine
zweite Flüssigkeitskomponente,
und mindestens zwei Auslasseinrichtungen umfasst, wobei eine der
Auslasseinrichtungen zum Ableiten der ersten Flüssigkeitskomponente ist und
die zweite Auslasseinrichtung zum Ableiten der zweiten Flüssigkeitskomponente
ist, wobei die Trennvorrichtung eine Umlenkanordnung besitzt, um
die Trennung der Flüssigkeiten
einzuleiten, wobei die Umlenkanordnung mindestens zwei Umlenkelemente
besitzt, wobei jedes Umlenkelement von im Wesentlichen konischer
oder frustokonischer Form ist, und mit einer zentralen Öffnung vorgesehen
ist und einen Randflanschbereich aufweist, worin die Umlenkanordnung
so angeordnet ist, dass der Randflanschbereich mit einem Spalt zwischen
dem äußeren Rand
des Flanschbereichs und der Wand der Vorrichtung besitzt, wobei
die Umlenkelemente im beabstandeten Verhältnis zu einander angeordnet sind,
wodurch die Umlenkanordnung einen Strömungsweg von der Einlasseinrichtung
zu der Auslasseinrichtung definiert, entlang welchem die zu trennende
Mischung für
eine Zeitdauer fließt,
die ausreicht, um die Mischung zumindesten teilweise in mindestens
zwei Flüssigkeitskomponenten
zu teilen, wobei der Strömungsweg
eine Konvektionsströmung durch
die zentralen Öffnungen
der Umlenkelemente hindurch, um die Umlenkanordnung herum und in den
Spalt zwischen dem äußeren Rand
des Flansches und der Wand der Vorrichtung hinein und durch den
Raum zwischen den Umlenkelementen hindurch besitzt, wobei die Strömungsrichtung
innerhalb der Umlenkanordnung vom Fuß zur Spitze der Umlenkelemente
verläuft.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt,
zum wesentlichen Trennen mindestens zweier zumindest teilweise unvermischbarer
Flüssigkeiten
in mindestens eine erste Flüssigkeitskomponente
und eine zweite Flüssigkeitskomponente
unter Verwendung einer Trennvorrichtung des ersten Aspekts, umfassend
die Schritte des Einleitens der Mischung in die Trennvorrichtung
durch die Einlasseinrichtung, was es der Mischung ermöglicht,
für ausreichend
lange Zeit entlang des Strömungsweges
zu fließen,
um zumindest teilweise die erste und zweite Flüssigkeitskomponente in der
Konvektionsströmung durch
die zentralen Öffnungen
der Umlenkelemente hindurch, um die Umlenkanordnung herum und in den
Spalt zwischen dem äußeren Rand
des Flansches und der Wand der Vorrichtung, und durch den Raum zwischen
den Umlenkelementen hindurch zu teilen, wobei die Flussrichtung
innerhalb der Umlenkanordnung vom Fuß zur Spitze der Umlenkelemente
verläuft,
und des Ableitens der ersten getrennten Flüssigkeitskomponente durch die
erste Auslasseinrichtung und des Ableitens der zweiten getrennten Flüssigkeitskomponente
durch die zweite Auslasseinrichtung.
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Es sind verschiedene Separatoren
aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel,
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GB 578205 offenbart einen Schwerkraftseparator
mit einer Vielzahl von Scheiben, die parallel zueinander angeordnet
sind, so dass sie einen verwundenen Strömungsweg für flüssige Materialien definieren,
die im Separator strömen.
Die oberste und die unterste Scheibe sind an eine Wand des Separators
angesiegelt, so dass sie den verwundenen Pfad definieren.
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Typischerweise sind die zwei Materialien
beide Flüssigkeiten.
Besonders typisch ist eine Flüssigkeit
hydrophil und die andere ist hydrophob. Ganz besonders typisch ist
eine Flüssigkeit
ein Öl
oder Produkt auf Ölbasis
und die andere ist Wasser.
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Typischerweise ist die Umlenkanordnung
im Wesentlichen oder allgemein helixförmig oder spiralförmig. Besonders
typisch definiert die Umlenkanordnung einen mehr oder weniger kontinuierlich
helixförmigen
Strömungsweg
für die
der Trennung unterzogene Öl/Wasser-Mischung.
Besonders typisch ist die Umlenkanordnung aus einer Vielzahl von
einzelnen Umlenkplatten ausgebildet, die in einer kontinuierlichen
Helix oder im beabstandeten Verhältnis
zu einander versetzt verbunden sind.
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Bevorzugt sind die konischen oder
frustokonischen Umlenkplatten im normalen Einsatz mit dem offenen
Mittelteil oder der Spitze nach oben gerichtet orientiert. Der offene
Mittelteil kann jedoch nach unten orientiert gelegen sein, d. h.
unter dem Niveau des Fußes
der konischen Umlenkeinrichtung.
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Die einzelnen Umlenkplatten sind
in regelmäßigen Abständen zueinander
angeordnet. Die Umlenkplatten sind voneinander beabstandet und sind
ineinander geschachtelt, so dass die verjüngten zentralen Teile oder
die Spitze mit der Öffnung
am weitesten oben legen ist und der Fuß des Konus am weitesten unten
gelegen ist, während
die Umlenkeinrichtungen voneinander beabstandet sind.
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Es ist anzumerken, dass die Umlenkeinrichtungen
und die Strömung
durch die Umlenkeinrichtungen derart ist, dass die Konvektionsstromanordnung
so ist, dass die Strömungsrichtung
ungeachtet der Ori entierung der Umlenkeinrichtungen in Richtung
von der Basis der Umlenkeinrichtung zur Spitze der Umlenkeinrichtung
erfolgt.
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Typischerweise ist die konische Seitenfläche der
Umlenkplatte glatt und kontinuierlich. Diese Fläche kann jedoch mit Öffnungen,
Mündungen,
Ausschnitten oder Ähnlichem
versehen sein. Zusätzlich kann
die Fläche
mit Unregelmäßigkeiten
oder Riffelungen wie Auskragungen, Rippen, Erhöhungen, Einbuchtungen, Kavitäten oder
anderen Einrichtungen versehen ist, welche helfen, die eine oder
mehreren der mindestens zwei Fluide von einander zu trennen.
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Der Flansch oder jede Umlenkplatte
kann kontinuierlich sein oder mit Ausschnitten versehen sein. Der
Flansch kann in irgendeinem Winkel zum Körper der Umlenkeinrichtung
gelegen sein, typischerweise von ungefähr 45° bis 135°.
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Ein typisches Beispiel der Umlenkplatte
ist mit einer Oberfläche
versehen, die im Wesentlichen wellig, wellenförmig, faltig oder sinusförmig ist
mit einer Vielzahl von Vertiefungen und Erhebungen, die mehr oder
weniger regelmäßig beabstandet
um den Umfang gelegen sind, wobei sie sich vom Zentrum zum Rand
radial nach außen
erstrecken.
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Typischerweise ist das Innere der
Wand des Separators mit Abweisern, Umlenkeinrichtungen oder dergleichen
versehen. Besonders typisch sind die Abweiser den Umlenkeinrichtungen
zugeordnet, aber in einem Abstand zu ihnen.
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Typischerweise ist mindestens eines
der Auslassmittel ein Überlaufwehr.
Besonders typisch ist der Auslass für die leichtere oder die leichteste
der getrennten Fraktionen in einer Höhe über der Höhe gelegen, an der die schwere
oder schwerere Fraktion ausgelassen wird, insbesondere wo der Auslass
sich in zwei Auslasskanäle
verzweigt, wobei einer zum Rückführen der
schweren oder schwereren Fraktion zum Abfall und der andere zum
Recyceln dieser Fraktion vorgesehen ist.
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Typischerweise wird die zu trennende
Mischung dem Separator an einer Stelle zugeführt, die dem Ende des Separators
entspricht, an dem der Fuß der
konischen Umlenkeinrichtungen so gerichtet ist, dass die Strömung durch
die Umlenkeinrichtungen in eine Richtung zur Spitze erfolgt.
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Typischerweise bilden die Auslässe ein
Manometer oder eine im Wesentlichen U-förmige Schleuse (Falle) zwischen
sich, in der der Auslass der leichten oder leichteren Fraktion über der
Höhe des
Austritts der schweren oder schwereren Fraktion liegt, insbesondere
die Verbindung zwischen den beiden Auslässen oder Kanälen, die
die schweren oder schwereren Fraktionen ausgeben.
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Typischerweise wird Luft oder anderes
Gas in das Innere des Separatorkörpers
eingeführt,
wobei ein Sprühsystem
verwendet wird, um die Trennung von Öl und Wasser zu unterstützen. In
dieser Ausführungsform
ist ein flexibler Sprühschlauch
an oder zur Mittelachse gelegen, um die Luft oder Gasmischung zum
Fuß des
Separators einzuführen,
so dass sie beim Einleiten und Unterhalten eines Konvektionsstroms
hilft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Umlenkeinrichtung radial symmetrisch.
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Die Geometrien und die Form der offenbarten
Vorrichtungen, insbesondere der Umlenkeinrichtungen und des Inneren
des Separators fördern
die Trennung von Substanzen mit unterschiedlichen Dichten und physikalischen
Attributen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun
als Beispiel mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
vertikale Teilschnittansicht einer Ausführungsform des Separators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
schematische Ansicht einer Form eines Fließbildes ist, die verschiedene
Komponenten zeigt, die in einem Trennverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, wie sie zur Verwendung an Land in einer
Kleinanlage geeignet ist;
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3 eine
anderes schematisches Fließbild ist,
das einen Separator und ein Verfahren unter seinem Einsatz darstellt;
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4 eine
Seitenansicht einer Form einer Umlenkeinrichtung ist;
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5 eine
Draufsicht der Umlenkeinrichtung von 4 ist;
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6 eine
Seitenperspektivansicht einer Reihe einzelner Umlenkeinrichtungen
ist;
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7(a)–(f) Draufsichten von Umlenkeinrichtungsvorstufen
zeigen;
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8 eine
Perspektivansicht einer anderen Umlenkeinheit ist;
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9 eine
Draufsicht der Umlenkeinrichtung von 8 ist;
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10 ein
schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Separators
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wie er auf einem Skimmer auf einer Ölbohrinsel
angewendet ist;
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11 ein
schematisches Diagramm einer anderen Einlassstruktur zum Separator
der vorliegenden Erfindung ist, wie er auf einen Skimmer angewendet
ist;
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12 ein
schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Separators
ist, wie er auf einen gefluteten Skimmer angewendet ist;
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13 ein
schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform eines Separators
ist, der einen nach unten gerichteten spiralförmigen Weg für den Austrittsstrom
aufweist;
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14 ein
schematischer Querschnitt ist, der eine Reihe von Rippentypen darstellt
(Original vergrößert), die
auf einer Umlenkeinrichtung ausgebildet sind;
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15 ein
schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der Verwendung des
Geräts
der vorliegenden Erfindung in einem Skimmer auf einer Offshore-Anlage
ist.
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In 1 ist
eine Form eines Öl-
und Wasserseparators gezeigt. Die Vorrichtung erfordert keine Energiezufuhr
außer
der Schwerkraft und ausreichend hydrostatischen Druck und wird deshalb
als passiv betrachtet. Der Separator 2 ist mit einem im Wesentlichen
zylindrischen Körper 3 mit
einer Seitenwand 4 versehen. Der Körper 3 endet in einem
konischen Fuß 6,
der sich nach unten verjüngt.
Die Spitze des konischen Fußes
sammelt Feststoffe 46. Ein seitlicher Einlass in Form einer
Leitung oder eines Rohrs 8 nimmt eine zu trennende Öl/Wasser-Mischung
auf. Er kann aus irgendeinem praktischen Material gebildet sein
wie zum Beispiel einem gegen Lösemittel
beständigen
Kunststoff, PVC oder dergleichen.
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Die Leitung 8 verzweigt
sich bevorzugt in zwei Einlässe 10, 12,
die vertikal von einander beabstandet sind. Das erste Einlassrohr 10 ist
in der Seitenwand 4 relativ näher zur Oberseite 14 des
Separators 2 gelegen. Das zweite Einlassrohr 12 ist
auf einem tieferen Niveau gelegen als Einlass 10. Diese Anordnung
ist dafür
bekannt, dass sie effizientere Trennung erreicht, vielleicht weil
eine gewisse Trennung des Öls
und des Wassers in der Leitung 8 erfolgt, so dass relativ
mehr des leichteren Öls
durch das Einlassrohr 10 eintritt als durch das Einlassrohr 12.
Es ist anzumerken, dass es für
den Betrieb des Separators 2 nicht wesentlich ist, dass
der Einlass 8 in zwei Einlässe 10, 12 verzweigt
ist.
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Ein zylindrisches oder anders geformtes Rohr 16 ist
entlang der zentralen Längsachse
des Separators 2 gelegen. Es kann durch einen Haken 18 abhängt sein
und entfernt werden, der sich über
die Oberseite 14 des Separators 2 erstreckt. Das
zentrale Rohr 16 kann mit einer Vielzahl von relativ groß bemessenen Öffnungen 20 versehen
ein, um Fluid durch die Wand des Rohrs 16 einzulassen.
Das Vorhandensein von Öffnung 20 ist
jedoch in einigen Ausführungsformen
optional, ebenso das Vorhandensein des Rohrs 16 in noch
anderen Ausführungsformen. Das
Rohr 16 erstreckt sich aus dem Bereich der Oberseite 14 des
Separators 2, so dass es sich nahe zum Boden des zylindrischen
Teils des Separators 2 über
die Höhe
des Wasserauslasses 58 erstreckt. Die Öffnungen 20 sind an
beabstandeten Stellen über
fast die gesamte Länge
des Rohrs 16 vorgesehen. Ebenso wie sie vertikal beabstandet
sind, sind die Öffnungen 20 im
Umfang oder radial um den Umfang des Rohrs 16 beabstandet.
Das Rohr 16 kann an den oberen und unteren Enden offen
sein. Das Rohr 16 ist ein optionales Merkmal und kann in
einigen Ausführungsformen
weg gelassen sein.
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Eine Umlenkeinrichtung 22 ist
entlang und im Umfang um die Außenfläche des
Rohrs 16 angeordnet. Eine sich wiederholende Unterkomponente
einer helixförmigen
Umlenkeinrichtung oder irgendeines separaten Elements eines Stapels
von einzelnen Umlenkelementen wird als eine „Einheit" oder „Umlenkeinheit" bezeichnet. Der
Ausdruck „Umlenkeinrichtung" kann sich auf eine
Umlenkeinheit richten, eine Zusammenstellung von Einheiten oder
eine kontinuierliche Helix oder Ähnliches.
Eine Form einer Umlenkeinrichtung 22 ist eine im Wesentlichen
kontinuierliche Helixanordnung. Eine kontinuierliche Helixumlenkeinrichtung
kann aus PVC oder einem anderen geeigneten Polymer extrudiert sein.
Oleophile Polymere sind bevorzugt. Unterschiedliche Anwendungen
der Erfindung erfordern, dass die Umlenkeinrichtung aus unterschiedlichen
Materialien hergestellt ist, die mit den zu trennenden Flüssigkeiten
verträglich
sind. Die Umlenkanordnung 22 kann in einigen Ausführungsformen
auch eine Reihe von einzelnen beabstandeten Umlenkeinrichtungen
aufweisen, die übereinander
gestapelt oder verschachtelt sind, während die Trennung aufrechterhalten
ist. Jede Einheit der Umlenkanordnung 22 ist bevorzugt
mit einer geneigten Wandfläche 24 versehen.
Wo in einigen Ausführungsformen
die Wände
der Umlenk anordnung 22 geneigt sind, neigen sie sich von
der Mittelachse nach unten zur zylindrischen Wand 4. In
anderen Ausführungsformen
können
sich die Umlenkeinrichtungen jedoch nach oben neigen.
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Es kann in jeder Einheit oder entlang
der Außenkante
der aus den Umlenkeinrichtungen gebildeten Helix ein Randflanschbereich 26 vorgesehen
sein (entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich). In einer
Ausführungsform
umfasst die Umlenkanordnung 22 eine Vielzahl von identischen
Einheiten, zum Beispiel konische Umlenkplatten, die in einander
verschachtelt angeordnet sind, so dass sie sich von der Oberseite
des Rohrs 16 zur Unterseite des Rohrs 16 erstrecken.
Diese Anordnung ist in ihrer Erscheinung ähnlich der Umlenkanordnung 22,
die in 1 abgebildet
ist, mit der Ausnahme, dass einzelne Umlenkeinrichtungen eher gestapelt
oder verschachtelt sind als eine im Wesentlichen kontinuierliche
Helixform aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandfläche 24 jeder
Umlenkwindung 23 um 45–55° aus der
Horizontalen geneigt. Es ist zwischen dem maximalen Außendurchmesser
der Umlenkeinrichtung und der Innenseite der Seitenwand 4 ein Spalt
vorhanden. Es kann auch zwischen dem Innendurchmesser der Umlenkeinrichtung
und dem Rohr 16 ein Spalt vorhanden sein, oder das Rohr 16 kann fehlen.
Die Umlenkeinrichtung ist mit einem Flanschteil versehen, der in
irgendeinem Winkel zur schrägen
Wand angeordnet ist, typischerweise von ungefähr 45° bis 135°. Der Flansch kann in sich gefaltet sein,
so dass sich eine Umkehrwölbung
mit der schrägen
Wand bildet.
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Es ist ein Ableitkanal 40 an
der äußersten Bodenfläche des
frustokonischen unteren Teils 6 vorgesehen. Es ist eine
Ventilanordnung in Form eines Hahns 42 im Ableitkanal 40 vorgesehen.
Ein Ableitrohr 44 ist mit dem Ventil 42 verbunden.
Schwere Flüssigkeiten
und Feststoffe 46 sammeln sich im unteren Teil oder der
Spitze des konischen Be reichs 6 und werden durch die Ableitung 44 entfernt,
indem das Ventil 42 regelmäßig geöffnet wird.
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Es ist ein erster Auslass 50 im
oberen Bereich der Wand 4 vorgesehen, um Öl oder das
leichtere Fluid abzuführen.
Der Auslass 50 ist mit einer Abfuhrleitung 52 versehen.
Der Auslass 50 ist bevorzugt im Umfang gegenüberliegend
zu und über
den Positionen der Einlässe 10 und 12 angeordnet.
Ein zweiter Auslass 56 ist im unteren Bereich der Wand 4 nahe
der Stelle vorgesehen, wo der verjüngte Teil 6 beginnt.
Der zweite Auslass 56 ist mit einer Abfuhrleitung 58 versehen,
die sich an der Verbindung 71 in zwei weitere Leitungen 70, 72 verzweigt.
Die Position der Verbindung 71 kann einstellbar sein, so
dass ihre Höhe
relativ zur Höhe
des Separators und des Ölauslasses 50 verändert wird.
Ferner ist anzumerken, dass der Separator 2 und die Leitung 58 eine
im Wesentlichen U-förmige
Falle bilden. Für
effizienten Betrieb des Separators 2 sollte die Höhe des Auslasses 50 über dem
Niveau der Verbindung 71 liegen. Der Auslass 58 ist
primär
zum Abführen
von abgetrenntem Wasser an das Ablaufsystem oder zum Rückführen des
Wassers durch den Separator 2 vorgesehen, um irgendwelche
Restmengen an Öl
zu entfernen.
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Es ist anzumerken, dass die Umlenkanordnung
irgendeine geeignete Form, Gestalt, Orientierung, Länge oder
Abmessung annehmen kann und aus irgendeinem geeigneten Material
hergestellt sein kann. Eine solche Modifikation ist, dass die Umlenkeinrichtung
kreisförmig,
quadratisch, oval, elliptisch oder in irgendeiner anderen Form sein
kann, einschließlich
irgendeiner polygonalen Form. Zusätzlich kann die Umlenkeinrichtung
irgendeine Abmessung aufweisen von ziemlich klein, dass sie für Haushaltsinstallationen
geeignet ist, bis ziemlich groß,
so dass sie für
gewerbliche oder industrielle Anlagen geeignet ist.
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Beim Betrieb wird mit Öl verunreinigtes
Wasser wie Waschwasser aus einer Automobilreparatur- oder Serviceeinrichtung
in einem geeigneten Sumpf, Ablauf, Grube, Reservoir oder dergleichen
gesammelt. Das mit Öl
verunreinigte Wasser wird durch Pumpen oder auf andere Weise durch
geeignete Mittel in den Einlass 8 eingeführt. Wenn
der Einlass 8 sich in einen oberen Einlass 10 und
einen unteren Einlass 12 teilt, und der Einlass 10 über oder
auf einem höheren
Niveau als Einlass 12 vertikal beabstandet ist, wird angenommen,
dass eine an Öl
reichere Fraktion durch den Einlass 10 in den Separator 2 eingeführt wird.
Jegliches im Separator 2 befindliche freie Öl bildet
eine Ölschicht 62 zur
Oberseite des Separators 2.
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Während
der präzise
Mechanismus, durch den eine verstärkte Trennung erfolgt, noch
nicht vollständig
verstanden ist, wird angenommen, dass die Mischung aus Öl und Wasser
verwirbelt oder auf andere Weise in eine kreisförmige oder spiralförmige Bewegung
versetzt wird, indem sie um und durch die Umlenkeinrichtung 22 läuft. Öltröpfchen 64 können an
der unteren oder inneren Neigungsfläche 28 der Umlenkeinrichtung
haften. Die Öltröpfchen wandern entlang
der Innenfläche 28 jeder
einzelnen Umlenkeinrichtung 23 und strömen durch die Öffnungen 20 zur
oder nahe zu oder in die zentrale Öffnung oder das Durchgangsrohr 16,
falls vorhanden, oder durch die Öffnungen
in den Umlenkeinrichtungen selbst, wo sie auf die Flüssigkeitsoberfläche 60 aufsteigen,
so dass sie sich der Ölschicht 62 hinzufügen. Außerdem ist
ein Konvektionsstrom wirksam, der entlang der Mittelachse aufströmt oder
durch die Vielzahl von fluchtenden Öffnungen in den Umlenkeinrichtungen im
Bereich des Rohrs 16, oder wenn das Rohr 16 nicht
vorhanden ist, entlang der Mittelachse des Separators und entlang
der zylindrischen Wand 4 nach unten. Ferner erzeugt die
längliche
Umlenkeinrichtung eine oder mehrere Regionen mit schwankender Geschwindigkeit,
durch die einzelne suspendierte Ölpartikel
wandern. Wegen turbulenter Regionen oder Beschleunigungsfelder wird
angenommen, dass die Ölpartikel schließlich in
eine Zone kommen, wo die auf den Partikel wirkenden Kräfte optimal
sind, um eine Aggregation der Ölpartikel
auszulösen,
so dass sich ein Tropfen oder Tröpfchen
bildet. Irgendeiner oder alle diese Mechanismen können wirksam
sein.
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Falls erforderlich kann das abgetrennte
Wasser entweder durch den Sumpf zum Sammeln von mehr Öl recycelt
werden oder es kann für
eine weitere Trennung in den Separator zurückgeführt werden. Von der Schicht 62 getrenntes Öl steigt
in den Überlaufauslass 50 und
strömt
durch die Leitung 52, so dass es in einem geeigneten Behälter zur
sicheren Entsorgung oder zum Recycling gesammelt wird.
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In einigen Fällen können eine oder mehrere Stufen
eine Hydrozyklontrennung dem passiven Separator 2 vorausgehen.
In anderen Situationen kann Hydrozyklontrennung nach der passiven
Vorrichtung 2 verwendet werden. In noch anderen Anwendungen ist
kein Hydrozyklon erforderlich. 2 stellt
einen Fall dar, wo sowohl Hydrozyklontechnologie und passive Separatortechnologie
verwendet werden, um Öl und
Wasser aus einer Grube zu trennen. Die passive Vorrichtung wird
primär
dazu verwendet, von der Flüssigkeitsoberfläche durch
einen Skimmer 140, 142 extrahiertes Öl in der
Grube 104 zu entfernen und den Abfall zu behandeln, der
aus dem primären Hydrozyklon 112 ausgestoßen wird.
Wie in 2 gezeigt ist,
wird eine Öl/Wasser-Mischung 100 durch ein
Ablaufrohr 102 abgeleitet und in einem Reservoir, einer
Grube, einem Sumpf oder einer Falle 104 gesammelt, welche
mit einer Leitung 108 zum Pumpen der Mischung 100 über eine
Pumpe (wie eine Pumpe der Marke MONOPUMP) 110 in einen
Flüssigkeit/Flüssigkeit-Hydrozyklon 112 versehen
ist. Die Leitung 108 ist mit einem untergetauchten Einlass 105 versehen,
der einen Filter 106 und ein stationäres Ventil 107 aufweist.
Der primäre
Hydrozyklon 112 ist mit einem Einlass 114 versehen,
der an oder zur Oberseite des Hydrozyklons 112 gelegen
ist, um die Mischung 100 über die Leitung 115 einzulassen.
Ein an der Basis des Hydrozyklons gelegener erster Auslass 116 gibt
im Wesentlichen von leichteren Fraktionen freies Wasser ab. Ein
zur Oberseite des Hydrozyklons gelegener zweiter Auslass 118 gibt
entweder Öl
oder eine Öl/Wasser-Mischung
ab.
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Aus dem Hydrozyklonauslass 116 abgegebenes
Feststoffe enthaltendes Wasser kann über einen Einlass 122 in
einen Flüssigkeit/Feststoff-Hydrozyklon 120 eingeführt werden.
Hier werden die Feststoffe vom Wasser getrennt und durch den Auslass 124 abgegeben,
so dass sie in einer Trommel 126 gesammelt werden. Das
Wasser wird durch den Auslass 128 zur Entfernung und Überführung zum
Ablaufsystem 130 über
die Leitung 131 zur anschließenden Entfernung abgegeben.
Jegliches überschüssige Wasser,
das durch den Auslass 124 abgegeben ist, wird durch Überlauf
der Trommel 126 in den Ablauf 127 in den Sumpf 104 zurückgeführt.
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Die aus dem Auslass 118 des
Hydrozyklons 112 abgegebene Öl/Wasser-Mischung wird dem
Separator 2 zugeführt,
wo das Öl
aus dem Wasser entfernt wird wie es zuvor beschrieben wurde. Das
durch die Auslassleitung 52 abgegebene Öl wird zur anschließenden sicheren
Entsorgung oder zum Recycling in ein Öllagerfass 132 geführt. Im
Wesentlichen von Öl
freies oder nahezu freies Wasser wird durch den Auslass 56 und
die Auslassleitung 58 abgegeben, so dass es durch die Rückführleitung 134 in
den Sumpf 104 zurückkommt.
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Im Sumpf 104 wird die Öl/Wasser-Mischung von
der Oberfläche
des Sumpfes durch einen Skimmereinlass 140 entfernt, der
einen Skimmer 142, eine Pumpe 144 und eine Leitung 146 umfasst.
Dieses Oberflächenöl wird dem
Einlass des Separators 2 zugeführt.
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Der Betrieb der verschiedenen Pumpen
zum Regulieren der Tiefe des Sumpfs (und folglich der Betrieb der
Hydrozyklone) erfolgt mittels Tiefensensoren 148, die hohe
150 und tiefe Stände 152 des Sumpfes 104 erfassen
und die Pumpen 110, 144 mit einem Steuerungssystem 160 aktivieren
oder desaktivieren. In einer Ausführungsform kann die Pumpe 144 als
tauchbare Pumpe vorgesehen sein und eine Integraleinheit der Skimmereinheit 142 sein.
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Ein anderes passives Trenngerät ist in 3 abgebildet. Dieses Gerät umfasst
einen passiven Separator 300 und einen höhenregulierten
Sumpf 301. Der regulierte Sumpf 301 umfasst ferner
einen Hochstandsensor 302, einen Tiefstandsensor 303 und
einen Takter 304, die zusammenwirkend eine motorisierte
Pumpe 305 regulieren. Die Pumpe 305 zieht durch
ein Skimmergerät 306 ein
und gibt an einen Einlass 307 des Separators 300 ab.
Der Einlass 307 entleert sich in einen Behälter 308,
der als Strömungsdämpfer und
als Siphonbrecher dient. Der Behälter 308 enthält auch
ein Sieb oder Filter 309 zum Entfernen von Grobgut. Eine
vertikale Leitung 310 erstreckt sich entlang der zentralen
Längsachse
eines zylindrischen Gehäuses 311.
Das Gehäuse 311 endet
in einem verjüngten
oder konischen Teil 312, der als Falle für schwere
Flüssigkeiten
und Feststoffe dient, wie es zuvor mit Bezug zu der in 1 abgebildeten Vorrichtung
beschrieben wurde.
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Die vertikale Leitung 310 ist
von einer Umlenkeinrichtung 313 umgeben, wovon eine besonders
vorteilhafte Ausführungsform
mit Bezug zu den 4–6 beschrieben wird. Die Unterseite 314 der Leitung 310 ist
offen und führt
in einen Richtungsumkehrbecher 315 ab. Die Seitenwände des
Bechers 315 öffnen
sich bevorzugt in einer Neigung von ungefähr 8°, zum Zwecke einer optimierten
Effizienz der Strömungsrichtungsveränderung.
Es versteht sich, dass beim Eintritt in den Becher 315 sich
die Ausgabe der Leitung 310 umkehrt und nach oben gerichtet wird.
Es wird vermutet, dass diese Änderung
der Strömungsrichtung
gekoppelt mit dem Unterschied in der spezifischen Dichte zwischen
dem Öl
und dem Wasser einen Konvektionsstrom 320 in der Umfassung 311 erzeugt.
Es wird angenommen, dass dieser Konvektionsstrom im Spalt 321 aufsteigt,
der zwischen dem Innendurchmesser der Umlenkeinrichtung 313 und
der Leitung 310 vorhanden ist, wobei der Konvektionsstrom
im Raum zwischen dem Außendurchmesser
der Umlenkeinrichtung und der Innenwand der Umfassung 311 absteigt.
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Beim Betrieb tritt abgetrenntes Wasser
in einen Kollektor 322 ein, der direkt unter dem Becher 315 gelegen
ist. Das Wasser wird durch einen Auslass 323 abgegeben
und kann zu weiterem Recycling 324 oder zum Abwasser 325 geteilt
werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Wasser
vom Auslass 323 in einen zweiten passiven Separator 700 eingeführt. Die Ölabgabe 702 und Wasserabgabe 701 dieses
zweiten Separators 700 kann genau wie die Ausgaben des
ersten Separators 300 behandelt werden. In der Praxis erscheint
die Effizienz dieses Typs serieller passiver Trennung größer zu sein
als es ansonsten erwartet würde.
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Es wird vermutet, dass Grobgut wie
Feststoffpartikelstoffe sich auf der Umlenkeinrichtung 313 ansammeln
können.
Zu Wartungszwecken kann die Umlenkeinrichtung bewegt werden, wie
durch Drehen, Verwinden oder Aufbringen von Vibration darauf. Diese
Bewegung führt
dazu, dass Partikelaufbauten nach unten fallen und sich in der Spitze 330 des
konischen Teils 312 sammeln. Es ist bevorzugt, dass diese
Bewegung erfolgt, wenn Wasser zum Recycling 324 abgeführt wird,
im Gegensatz dazu, wenn Wasser zum Abwasser 325 abgegeben
wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Durchmesser der Umlenkeinrichtung 313 ungefähr 300 Millimeter.
Der Zwischenraum oder Abstand der Umlenkeinrichtung beträgt ungefähr 20 mm.
Der durch die Umlenkeinheiten gebildete Winkel beträgt annähernd 45–55° von der
Horizontalen. In dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt der Innendurchmesser
der Umlenkeinrichtung ungefähr
80 Millimeter. Innerhalb dieser zentralen Öffnung von 80 Millimetern in
der Umlenkeinrichtung ist eine zentrale Leitung 310 von
25 Millimetern gelegen. Sowohl der Richtungsumkehrbecher 315 wie
der Ablauf 322 des abgetrennten Wassers sind ungefähr 50 Millimeter
im Durchmesser.
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Es ist auch zu erkennen, dass das
abgetrennte Öl
aus dem Ölauslass 340 ausgegeben
wird, der bevorzugt über
dem Niveau des höchsten
Punktes des Ablaufs 323 für abgetrenntes Wasser liegt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
einer Umlenkeinrichtung ist mit Bezug zu den 4, 5 und 6 dargestellt. Es sollte
erkennbar sein, dass diese Umlenkstruktur in vielen einer Reihe
von passiven Trenngefäßen verwendet
werden kann, zum Beispiel vom Typ mit absteigendem Einlauf wie in 3 abgebildet oder mit seitlichem
Einlauf wie in 1 abgebildet.
Wie zuvor erwähnt
ist eine Umlenkeinrichtung von dem Typ wie er mit 313 bezeichnet
ist, eine Vorrichtung, deren Struktur sich entlang einer Längsachse
wiederholt. Die Umlenkeinrichtung 313 kann in Form einer
kontinuierlichen Helix oder einer Reihe von gestapelten, einzelnen
Scheiben oder Kegelstümpfen
vorliegen.
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Eine Einheit 350 einer helixförmigen Umlenkeinrichtung 313 ist
in 4 abgebildet. In
diesem Beispiel weist die Einheit 350 einen maximalen Durchmesser
von ungefähr
30 Millimetern auf. Die Einheit 350 ist gekennzeichnet
durch Seitenwände 351,
die ungefähr
45–55° in Bezug
auf die Horizontale geneigt sind. Das obere Ende der Einheit 350 bildet
eine mehr oder weniger kreisförmige Öffnung 352.
In diesem Beispiel beträgt
der Zwischenraum der Einheit 350 ungefähr 20 mm und ist durch einen Abstandshalter 353 bestimmt,
der zwischen einen Teil des Randflansches 354 und einen überlappenden
Teil des selben Flansches 355 eingesetzt ist. In der Praxis
kann eine Umlenkeinrichtung 313 (wie in 6 gezeigt) aus Einheiten 350 (wie
in 4 gezeigt) durch
Stapeln der Einheiten entlang einer oder mehrerer (bevorzugt 3)
vertikaler Stan gen 356 hergestellt werden. Die vertikalen
Stangen 356 verlaufen entweder durch den Randflansch 354 oder
vorstehende Ansätze 357.
In der Alternative kann eine helixförmige Umlenkeinrichtung aus
einem kontinuierlichen Streifen gebildet sein. In dieser alternativen Ausführungsform
ist eine kreisförmige Öffnung in
jeder Windung der die Helix bildenden Umlenkeinrichtung vorgesehen.
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Es wurde gefunden, dass die Wirksamkeit der
Umlenkstruktur durch Vorsehen gewisser gewölbter Reliefteile im Randflansch 354 verstärkt werden
kann. Wie in den 4–6 gezeigt ist, weichen mindestens
gewisse Teile des Randflansches 354 vom Konuswinkel von
45–55° gegen die
Horizontale ab. Wie zum Beispiel in 5 gezeigt
ist, wurde der Flansch einer Einheit, der zwischen zwei der drei
vertikalen Stangen 356 gelegen ist, entfernt oder abgenommen 361.
Zwischen zwei Reliefteilen 361 ist ein Ansatz 357 verblieben.
Wie aus einer Betrachtung der 6 ersichtlich
ist, ist die Lage der abgenommenen und nicht abgenommenen Flanschteile
wechselnd. In dem speziellen Beispiel, das in 6 abgebildet ist, wurde ein wiederholtes
Muster vorgesehen. Beim Blick zwischen zwei der drei vertikalen
Pfosten 356 ist zu sehen, dass ein Flanschteil 354 nur
auf jeder vierten Einheit vorhanden ist. Wenn man sich die Umlenkeinrichtung 313 so
vorstellt, dass sie Sektoren von 120° umfasst, die durch die Lage
der vertikalen Pfosten 356 definiert sind, versteht es
sich, dass die vertikale Verschiebung der Flansche 354 versetzt ist,
wenn man benachbarte Sektoren 120° vergleicht. Dies
ist offensichtlich durch einen Vergleich der rechten und linken
Seite der in 6 abgebildeten
Umlenkeinrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
eines passiven Separators wurden 34 helixförmige Einheiten auf die in 6 abgebildete Weise zusammensetzt.
Es kann jedoch jegliche Anzahl von Einheiten eingesetzt werden.
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Ein Mittel zur Herstellung zweier
Typen von Umlenkeinheiten ist in den 7(a) bis (f) abgebildet. Wie in diesen Figuren gezeigt
ist, kann die Vorstufe für
eine helixförmige
Unlenkeinrichtung eine flache, runde Scheibe 370 umfassen,
die mit einer zentralen Öffnung 371,
einem radialen Schlitz 372 und vier peripheren Durchtritten 373, 374 ausgebildet wurde.
Die auf jeder Seite des Schlitzes 372 gelegenen Durchtritte 373 liegen über und
unter dem Abstandhalter 353.
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In einigen Ausführungsformen kann es bevorzugt
sein, einen ganz umlaufenden Randflansch 354 in jeder Einheit
der Umlenkeinrichtung vorzusehen, sei sie helixförmig oder andersartig. In anderen Fällen kann
es bevorzugt sein, regelmäßige Unterbrechung
des Flansches vorzusehen, wie es in 6 abgebildet
ist. Wie in 6 gezeigt
ist, weist jeder Sektor von 120° der
Umlenkeinrichtung 313 einen Flansch 354 nur auf
einer von jeweils vier aufeinanderfolgenden Einheiten auf. Diese
Anordnung kann als „langer
Absatz" bezeichnet
werden, wobei sich der Ausdruck „Absatz" auf den vertikalen Abstand zwischen
Flanschteilen 354 bezieht. Diese Anordnung kann durch Ausbilden
von Einheiten aus vier verschiedenen flachen Scheiben hergestellt
werden, wie es in den 7(c)–(f) abgebildet ist. In den vier verschiedenen
Einheiten, die in den 7(c)–(f) abgebildet sind, ist zu erkennen, dass
in Bezug auf Einheit (c) der Flansch nur auf dem Segment von 120° verblieben
ist, das vom radialen Schlitz 372 entgegen dem Uhrzeigersinn
gelegen ist. Mit Bezug zu den Einheiten (d) und (e) ist zu sehen,
dass der Flansch 354 auf jedem der beiden anderen Segmente
von 120° vorgesehen
ist. Mit Bezug zu der in 7(f) abgebildeten
Einheit wurde jedes der Segmente von ungefähr 120° abgenommen, um bis auf den
Ansatz 357 den Randflansch 354 zu entfernen. Wenn
die Einheiten (c)–(f)
wie zuvor vorgeschlagen nach einander zusammengesetzt werden, ergibt
sich die Struktur von 6.
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In der Alternative kann ein kürzerer „Absatz" vorgesehen sein.
Dies wird erreicht durch Verwenden der Einheitenvorstufen, die in
den 7(a) und (b) abgebildet sind, in abwechselnder Weise
wie es zuvor vorgeschlagen wurde. Dies führt zur Herstellung einer Umlenkeinrichtung
mit einem Randflanschabsatz in jeder zweiten Einheit statt in jeder
vierten Einheit wie es in 6 abgebildet
ist. In einigen Fällen
kann die Leistung der Umlenkeinrichtung gesteigert werden, indem
sie mit Rippen versehen wird. In diesem Zusammenhang ist eine Rippe
ein Hindernis in einem Strömungsweg,
der an einer Oberfläche einer
Umlenkeinrichtung befestigt ist. Der Zweck dieses Hindernisses ist,
eine kleine turbulente Region zu erzeugen, deren Reibungsverluste
akzeptabel sind, im Vergleich zu der vorteilhaften Aggregation oder Koaleszenz,
die in jeder Region auftritt. Wie in 14 gezeigt
ist, ist eine Umlenkeinrichtung oder Umlenkeinheit 550 um
eine zentrale Öffnung 551 und zentrale
vertikale Längsachse 552 ausgebildet.
Rippen 553 sind im Verhältnis
zur Dicke „t" der Umlenkeinrichtung
als unnatürlich
groß gezeigt,
um zu demonstrieren, dass die Rippen 553 eine Reihe von Formen
und Größen aufweisen
können.
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Die Übertreibung der Rippengröße hilft
auch bei der Erläuterung,
dass die Rippen allgemein parallel zur Umfangskante 554 einer
Umlenkeinrichtung oder Umlenkeinheit ist, so dass sie senkrecht
zur radialen Komponente 555 der Strömung nahe der Umlenkeinrichtung
liegt, sei es zur Mittelachse 552 hin oder davon weg. Es
sollte ersichtlich sein, dass während
in 14 quadratische,
dreieckige, halbkreisförmige
und parabolische Rippen abgebildet sind, es unwahrscheinlich ist,
dass mehr als eine Art auf einer einzelnen Umlenkeinrichtung verwendet
wird, obwohl Rippen unterschiedlicher Größen in Regionen mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten verwendet werden können. Ferner ist anzumerken,
dass die Rippen sich entlang der Bewegungsrichtung der Öltröpfchen aufreihen
können.
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Der „Absatz", die Abmessungen der Umlenkeinrichtungen
und der Spalt zwischen den Umlenkeinrichtungen und der Gefäßwand und
das Vorhandensein oder Fehlen von Öffnungen in den Umlenkeinrichtungen,
Rippen auf den Umlenkeinrichtungen und Flanschkonfiguration sind
alles Faktoren, die zu einer Vorrichtung beitragen können, wo
eine Variation der Geometrie im Strömungsweg eine Variation der
Beschleunigung, Geschwindigkeit und Turbulenzbereiche in einer einzigen
Vorrichtung erzeugt. Wie zuvor erwähnt bedeutet die Variation
der Bedingungen, dass ein einzelnes Ölpartikel oder Tröpfchen schließlich eine
Region trifft, die seine Aggregation mit anderen Partikeln zu einer
größeren Kugel
begünstigt.
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Es versteht sich, dass die horizontale
Divergenz des Flansches 354 von nominalen Konuswinkel (wie
in 4 gezeigt) in der
ansonsten flachen Vorstufenscheibe nach dem ersten Schneiden, aber
einige Zeit vor der Endzusammensetzung ausgebildet werden kann.
Die Einheiten können
vakuumgeformt sein.
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8 stellt
eine alternative „Umlenkeinheit" 400 dar.
Im Gegensatz zur in 4 abgebildeten
Einheit 350, weist diese Einheit 400 eine gewölbte Wand 401 auf.
An der Außenkante 403 nähert sich
die Wölbung
senkrecht der Längsachse 402.
An der Innenkante 404 nähert
sich die Wölbung
parallel einer Längsachse 402.
Die Stärke
der Wölbung
und die exakten geometrischen Einzelheiten hängen von der speziellen Anwendung
ab. Außerdem
stellt 8 dar, dass jegliche
spezielle Umlenkeinrichtung oder Umlenkeinrichtung mit einer oder
mehreren Durchtrittsöffnungen 405 versehen
sein kann. In der Praxis ist es bevorzugt, dass die Öffnungen 405 nicht übereinander
angeordnet sind. In diesem Sinne sind die Öfnungen 405 bevorzugt
entweder radial oder im Umfang versetzt oder beides.
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9 stellt
eine andere Ausführungsform
einer Vorstufe für
eine Form der Umlenkeinheit dar. Sie unterscheidet sich von den
in 7 abgebildeten Vorstufen
in den Durchtrittsöffnungen 405.
Es ist anzumerken, dass eine oder mehrere Öffnungen 405 nahe
der Außenkante 403 gelegen
sind. In diesem Sinne können
sie als Alternativen oder Ergänzungen zum
Randflansch 354 verwendet werden, wie er in 4 und 6 gezeigt ist. Im Wesentlichen dienen sie
dem selbem Zweck wie die Flansche 354, indem sie für Ölpartikel
Gelegenheiten zum Aufsteigen und Regionen mit günstiger Turbulenz oder Geschwindigkeiten
schaffen, welche Regionen die Aggregation oder Koaleszenz von Ölpartikeln
zu Kugeln begünstigen.
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10 stellt
eine spezielle Anwendung der vorliegenden Erfindung zum Nachrüsten eines
vorhandenen Skimmers in einer Offshore-Ölanlage
dar. In diesem speziellen Beispiel 410 ist die Gefäßwand 411 nur
die vorhandene Struktur des Skimmers und ist von der vorhandenen
Plattformstruktur 413 getragen. Der Boden 412 des
Gefäßes 411 ist
offen. Verunreinigtes Wasser wird von oben durch eine zentral gelegene
vertikale Leitung 414 eingeführt. Die Leitung 414 ist
von der Umlenkeinrichtung 415 umgeben. Die Umlenkeinrichtung 415 kann
irgendeine der in dieser Offenbarung angegebenen Umlenkkonstruktionen
sein und ist in 10 nur
symbolisch gezeigt. An oder nahe der untersten Umlenkeinrichtung endet
die Leitung 414 in einem Richtungsumlenkbecher 416,
was Rücktritt
der Luft/Wasser-Mischung in den Separator ermöglicht. Es erfolgt Strömung durch die
Leitung 414, zum Beispiel durch die unteren Öffnungen 417,
und sie beginnen zur Oberfläche
in den Raum oder Kamin aufzusteigen, der im Innendurchmesser der
Umlenkeinrichtung oder einzelnen Einheiten 415 ausgebildet
ist. Abgetrenntes Öl
bildet eine Schicht 418 und wird durch eine Pumpe 419 entfernt.
Die Pumpe wird durch einen Hochstandstartsensor und Schalter 420 aktiviert
und wird durch einen Tiefstandstopschalter 421 desaktiviert.
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Wie zuvor erwähnt wurde, wird angenommen,
dass sich ein Konvektionsstrom im Separatorgefäß ausbildet. Dieser Konvektionsstrom
wird verstärkt,
wenn eine Strömungskomponente
vorhanden ist, die aus dem Unterteil des Gefäßes herrührt. Dies erfolgt wie in den 10 und 3 mit einer vertikal absteigenden Leitung
gezeigt ist, die in einem Richtungsumkehrbecher endet. In der Alternative
und wie in 11 gezeigt,
kann der ursprüngliche
Strom von verunreinigtem Wasser 430 direkt in den Unterteil des
Gefäßes 431 durch
eine Leitung 432 eingeführt werden,
die seitlich in das Gefäß eintritt
und sich krümmt,
so dass sie durch eine nach oben weisende Öffnung 433 ausführt. Wie
hier in 11 gezeigt und in 3 vorgeschlagen, kann die
Austrittsleitung 434 für
sauberes Wasser in jeglicher Ausführungsform eine vergrößerte Öffnung 435 aufweisen.
In diesem Beispiel ist die Öffnung
durch- Schneiden der Leitung 434 in einer Schräge oder
einem Winkel vergrößert, die
Vergrößerung der Öffnung fördert geringe
Geschwindigkeit, geringe Turbulenz im Ablauf oder der Leitung 434 für sauberes
Wasser.
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Eine weitere Alternative des Skimmerseparators
ist in 15 gezeigt, wo
Abweiser 602 an beabstandeten Stellen um das Innere der
Seitenwand des Separators 600 gelegen sind, so dass sie
mit Umlenkeinrichtungen 604 kooperieren, um Turbulenz und
Konvektionsströme
zu induzieren, die bei der Abtrennung feiner Feststoffpartikel aus
der Öl/Wasser-Mischung
oder Öl
von Wasser bei Offshore-Anwendungen helfen. Der Betrieb dieser Ausführungsform
ist der selbe wie bei den vorigen Ausführungsformen.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist
in 12 abgebildet. In
diesem Beispiel wird das Innere des Gefäßes 440 durch den
eintretenden verunreinigten Wasserstrom 441 unter Druck
gesetzt oder geflutet, so dass die Grenzfläche 443 zwischen dem
abgetrennten Öl 442 und
dem restlichen Inhalt 444 über dem Meeresspiegel 445 liegt.
In diesem Beispiel ist ein ferngesteuertes Ventil 446 vorgesehen.
Das Ventil wird betätigt,
um zu ermöglichen, dass
Feststoff abgeleitet werden. Der Zusatz einer Abführleitung 447 für sauberes
Wasser mit einer oberen Siphonöffnung 448 ermöglicht,
dass abgetrenntes Wasser am Austritt 449 geprüft wird,
falls dies erforderlich ist.
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Eine andere Ausführungsform, die nicht in den
Rahmen der Erfindung fällt,
ist in 13 abgebildet.
In diesem Beispiel ist eine Umlenkstruktur 500 um eine
zentral gelegene vertikale Leitung 501 angeordnet. Die
Leitung 501 liefert die ungetrennte Mischung zum Richtungsumkehrbecher 502,
der zum oder am Unterteil der Umlenkeinrichtung 500 liegt.
Es versteht sich, dass jegliche in dieser Offenbarung angegebene
oder vorgeschlagene Umlenkeinrichtung geeignet sein kann. Eine Schutzabdeckung 503 in Form
eines umgekehrten Kegels ist unter dem Becher 502 gelegen
und über
der Bodenöffnung 504, wobei
die Abdeckung übermäßige Turbulenz
und Vermischung von Teilchen mit dem Fluid, aus dem die Teilchen
abgetrennt wurden, verhindert. Die Umlenkeinrichtung 500 und
die vertikale Leitung 501 sind bevorzugt in einer zylindrischen
Innenumfassung 505 gelegen. Das Innengefäß oder Umfassung 505 ist
oben offen 506 und ist in einem Außengefäß 507 gelegen. Das
Innengefäß 505 ist
nahe der Oberseite perforiert 560, so dass es Fluid möglich ist,
in den Spiralkurs 508 einzufließen. Die Perforationen erstrecken
sich in zwei oder drei Umwindungen des Spiralkurses nach unten.
Zwischen der Innenumfassung 505 und dem Außengefäß 507 ist
ein Spiralkurs 508 gelegen, der in eine Ableitung 509 für abgetrenntes
oder sauberes Wasser führt.
Bevorzugt ist der Spiralkurs 508 so ausgebildet, dass die
Trennwände 510 geneigt
sind. Die Trennwände 510 sind
so geneigt, dass die leichteren Ölpartikel,
Tröpfchen
oder Kugeln radial nach innen gerichtet werden. Dies erzeugt einen
Gegenstrom von Materialien leichterer Phase, der dazu tendiert zur Ölschicht 511 aufzusteigen,
während
er noch im Spiralkurs 508 ist. Der Spiralkurs 508 erhöht die Verweilzeit
eines einzelnen Ölpartikels
im System und trägt
damit zur Effizienz der Vorrichtung bei. Im speziellen in 13 abgebildeten Beispiel
erstrecken sich die Trennwände 510 vom
Innengefäß 505 zum
Außengefäß 507.
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Andere Modifikationen der vorliegenden
Erfindung umfassen Folgendes.
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Ungeachtet welche Form sie annehmen, können die
Umlenkeinrichtungen aus einer Anzahl von unterschiedlichen Materialien
auf eine Anzahl von unterschiedlichen Weisen hergestellt sein. Eine Art
ist, ein starres Material zu nehmen, das geformt, gespritzt oder
auf andere Weise gestaltet wird. Eine andere Art ist, ein halbsteifes
Material zu nehmen, das flexibel oder nachgiebig ist, so dass wenn
die Menge des abgetrennten Öls
oder Feststoffs, in Abhängigkeit
von der Konfiguration oder Orientierung, in der die Umlenkeinrichtung
verwendet wird, von der Oberfläche
der Umlenkeinrichtung gesammelt und entfernt werden kann, indem
sich die Wand der Umlenkeinrichtung verformt, zusammenfällt oder
auf andere Weise bewegt, um zu ermöglichen, dass das angesammelte
Material unter Wirkung der Schwerkraft zur Basis des Separators
fällt,
wonach die Wand, bedingt durch die Nachgiebigkeit oder Flexibilität des Materials,
aus dem die Umlenkeinrichtung hergestellt ist, in ihre frühere Form
zurückkehrt.
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Noch eine weitere Ausführungsform
stellt einen Rahmen zur Verfügung,
auf dem eine Membran oder Ähnliches
gelegen ist, um die Umlenkeinrichtung auszubilden. In dieser Ausführungsform
kann das Wandmaterial ein Film oder folienartiges Material sein,
das durch Heißversiegeln
mit dem Rahmen verbunden wird. In dieser Ausführungsform kann das die Oberfläche der
Umlenkeinrichtung bildende Material sehr dünn sein.
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In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Separator dazu verwendet werden,
Feststoffe aus Wasser oder Wasser/Öl-Mischungen oder oleophilen
Flüssigkeiten
mit einer höheren
Dichte oder spezifischen Dichte als Wasser von Wasser abzutrennen.
In diesen Ausführungsformen
sind die Umlenkeinheiten so orientiert, dass die Spitze der konischen
Umlenkeinheiten zur Basis des Separators weisen und die Wände der
Einheiten sich nach unten neigen, was auf diese Weise ermöglicht,
dass die schwerere Fraktion, die abgetrennt wird, unter der Schwerkraft
zur Basis des Separators fällt.
In dieser Ausführungsform
wird die zu trennende Mischung zur Oberseite des Separators eingelassen,
so dass ein Konvektionsstrom nach unten durch den Mittelteil der
konischen Umlenkeinrichtungen und nach oben entlang der Innenwände des Separators
erfolgt.
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Es wurde beobachtet, dass die Umlenkeinrichtung
zumindest teilweise dadurch wirkt, dass sie beim Ausbilden eines
umwälzenden
Konvektionsstroms im Gefäß hilft,
in dem die Umlenkeinrichtung enthalten ist. Wenn man dies berücksichtigt,
ist anzunehmen, dass die Wirkung der Umlenkeinrichtung auf die Strömung im
Gefäß radiale
Symmetrie erreicht. Aus diesem Grund sind die zentrale Öffnung, die
in jeder Umlenkeinrichtung vorgesehen ist, und die Umfangsausnehmungen
zwischen benachbarten Umlenkeinrichtungen von Bedeutung. Die hier
offenbarten Umlenkeinrichtungen werden insgesamt als radial symmetrisch
betrachtet, seien die einzelnen Einheiten Kegelstümpfe oder
Helixstrukturen oder seien sie nach oben oder unten orientiert.
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Der Konvektionsstrom wird durch Einführung der
ungetrennten Flüssigkeit
entweder zum Boden des Gefäßes, das
die Umlenkeinrichtung enthält, oder
von der Oberseite des Gefäßes unterstützt. Dieses
bedeutende Merkmal wird jedoch nicht als wesentlich betrachtet,
da ungetrennte Flüssigkeit
von oben eingeführt
werden kann, so lange der Konvektionsstrom auf andere Weise im Gefäß aufrecht
erhalten wird, wie durch Ermöglichen
einer Wasserbewegung in entgegengesetzte Richtung.
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Die zuvor erwähnten Beispiele wurden primär zum Betrieb
bei Umgebungsbedingungen ausgelegt, es ist jedoch anzunehmen, dass
die Effizienz in den meisten Anwendungen in gewisser Weise erhöht werden
kann, wenn die Betriebstemperatur erhöht ist. Die Vorrichtungen der
vorliegenden Erfindung sind deshalb geeignet zur Kombination mit
jeglicher Form von Erwärmung,
sei es aktiv oder passiv. Insbesondere können die Vorrichtungen der
vorliegenden Erfindung aus wärmebeständigen Materialien
hergestellt sein, wie aus Edelstahl und bei erhöhten Temperaturen verwendet
werden, zum Beispiel in der Lebensmittelverarbeitungsindustrie,
um Öle
oder Wachse zu entfernen, die ansonsten bei Umgebungstemperatur
fest oder halbfest wären.